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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE CUENCA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO TÉCNICO
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UNA GRÚA MÓVIL
PARA EL TRANSPORTE DE PACIENTES CON DISCAPACIDAD EN ACTIVIDADES DE REHABILITACIÓN”
Autor:
Mateo Ismael Astudillo Flores
Tutor:
Ing. John Calle Sigüencia, M. Sc.
Cuenca - Ecuador
2019
Trabajo de titulación previo a la obtención del título de Ingeniero Mecánico
II
CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR
Yo, Mateo Ismael Astudillo Flores, con documento de identificación N° 0604849265
manifiesto mi voluntad y cedo a la Universidad Politécnica Salesiana la titularidad sobre los
derechos patrimoniales en virtud de que soy autor del trabajo de titulación: “DISEÑO,
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UNA GRÚA MÓVIL PARA EL
TRANSPORTE DE PACIENTES CON DISCAPACIDAD EN ACTIVIDADES DE
REHABILITACIÓN”, mismo que ha sido desarrollado para optar por el título de: Ingeniero
Mecánico, en la Universidad Politécnica Salesiana, quedando la Universidad facultada para
ejercer plenamente los derechos cedidos anteriormente.
En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición de autor
me reservo los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia, suscribimos este
documento en el momento que hacemos entrega del trabajo final en formato impreso y
digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica Salesiana.
Cuenca, enero del 2019
_________________________________
Mateo Ismael Astudillo Flores
C.I.: 0604849265
III
CERTIFICACIÓN
Yo declaro que bajo mi tutoría fue desarrollado el trabajo de titulación: “DISEÑO,
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UNA GRÚA MÓVIL PARA EL
TRANSPORTE DE PACIENTES CON DISCAPACIDAD EN ACTIVIDADES DE
REHABILITACIÓN”, realizado por Mateo Ismael Astudillo Flores, obteniendo el Proyecto
Técnico, que cumple con todos los requisitos estipulados por la Universidad Politécnica
Salesiana.
Cuenca, enero del 2019
____________________________
Ing. John Ignacio Calle Sigüencia, M. Sc. C.I.: 0102118213
IV
DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD
Yo, Mateo Ismael Astudillo Flores con número de cédula 0604849265, autor del trabajo de
titulación: “DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UNA GRÚA
MÓVIL PARA EL TRANSPORTE DE PACIENTES CON DISCAPACIDAD EN
ACTIVIDADES DE REHABILITACIÓN” certifico que el total contenido del Proyecto
Técnico, es de mi exclusiva responsabilidad y autoría.
Cuenca, enero del 2019
_________________________________
Mateo Ismael Astudillo Flores
C.I.: 0604849265
V
DEDICATORIA
A los chicos y colaboradores de la fundación OSSO por enseñarme que no se debe perder nunca la fe ni la sonrisa. ¡Gracias Guerreros! A Tanya, mi compañera de aventuras, por tu fortaleza. A Eduardo, María Augusta, María Cristina y Josué, por el cariño, la educación y por enseñarme a nadar en los mares calmados y en los más turbios. A Luz María y José, por su sabiduría y apoyo infaltable. A Matías, para que el día que leas esto sepas que pienso en ti mientras lo escribo. Por ustedes y para ustedes.
Mateo.
VI
AGRADECIMIENTOS
Al Gran Espíritu por permitirme ser.
A papi y a mami quienes forjaron mucho de lo que soy y de lo que quiero llegar a ser.
A mis abuelitos Luz María y José por todo el apoyo que nunca me ha faltado.
A mis hermanos Josué y Cristina, por permitirme ser su ejemplo.
A Tanya, porque no puedo describir lo agradecido que estoy contigo y todo lo que te debo,
eres mi luz.
A Andreita Ayala, por brindarme siempre desinteresadamente tu ayuda.
A Pedro, Danilo, Pablo y Enrique, por ayudarme a cumplir con ustedes esta meta.
A todos mis amigos, profesores, mentores y entrenadores, por compartir conmigo desde mi
infancia su conocimiento y sobre todo por enseñarme que la inteligencia vence a la fuerza,
pero la disciplina siempre vencerá a la inteligencia.
Al ingeniero John Calle, por haber confiado en mí y haber puesto las manos en el fuego por
nosotros y nuestras capacidades.
A los niños, jóvenes y colaboradores de la fundación OSSO, por enseñarme el verdadero
valor de la familia y de la amistad.
A Matías, por inspirarme a escribir todas las líneas de este texto.
Si estoy donde estoy, es porque me subí en hombros de gigantes, y esos son todos ustedes.
¡GRACIAS!
Mateo.
VII
RESUMEN
En el presente proyecto técnico se realiza el diseño, de una grúa de transferencia para
pacientes con discapacidad motriz, posteriormente su construcción, e implementación en un
centro de acogida de personas discapacitadas.
En una primera instancia se procede a la revisión de literatura y el estudio del estado del arte
de mecanismos existentes con similares características y que se encuentran en el mercado
nacional e internacional, luego se realiza la observación del proceso de traslado de pacientes
dentro de la institución beneficiaria para establecer las necesidades de sus pacientes y
colaboradores, y el levantamiento condiciones y restricciones para el diseño del dispositivo.
A continuación se procede con el diseño de un dispositivo que sirva para el traslado de
pacientes dentro de las instalaciones de la fundación y que sea de apoyo para alcanzar
distintas alturas para las actividades de rehabilitación de los mismos, además, dichos diseños
serán validados con los softwares Autodesk Inventor y ADAMS View.
Por último, se construye el mecanismo y se realizan las pruebas de funcionamiento para
asegurar el correcto funcionamiento y garantizar la seguridad de la integridad física de los
usuarios; el resultado final es una grúa de transferencia móvil que es ergonómica, de fácil
mantenimiento, de simple montaje y desmontaje, y que no ocupa un espacio considerable
dentro de las instalaciones mencionadas.
Palabras Clave: grúa de transferencia, discapacidad motriz, movilización de
pacientes.
VIII
ABSTRACT
In the present technical project, the design of a transfer crane for patients with motor
disabilities is carried out, then its construction and the implementation in a reception center
for disabled people. The first step includes a review of the literature and a study of existing
mechanisms of similar characteristics and their availability on the national and international
market is carried out. Then there is an observation process of the transporting of patients in
the beneficiary institution to establish the needs of their patients and collaborators, and the
lifting of the conditions and restrictions for the design of the device.
The following steps include the design of a device that serves to transport patients within the
facilities of the foundation. Additionally, the design must ensure support to reach the varying
heights for different rehabilitation activities, and that these designs are validated with
Autodesk Inventor Software and ADAMS view.
Finally, the mechanism is built and performance test are carried out to ensure the correct
functioning and safety of users physical integrity. The final result is a mobile transfer crane
that is ergonomic, easy to maintain, simple to assemble and disassemble, and that does not
occupy a considerable space within existing facilities.
Keywords: Transfer crane, motor disability, patient’s mobilization.
IX
ÍNDICE
Cesión de derechos de autor ......................................................................................... II
Certificación ................................................................................................................ III
Declaratoria de responsabilidad .................................................................................. IV
Dedicatoria .................................................................................................................... V
Agradecimientos .......................................................................................................... VI
Resumen .................................................................................................................... VII
Abstract ..................................................................................................................... VIII
Índice ........................................................................................................................... IX
Índice de figuras .......................................................................................................... XI
Índice de tablas ........................................................................................................ XIII
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 14
2. PROBLEMA ......................................................................................................... 16
2.1 Antecedentes ...................................................................................................................... 16
2.2 Delimitación ....................................................................................................................... 16
2.3 Importancia y Alcance. ..................................................................................................... 17
3. OBJETIVOS ......................................................................................................... 18
3.1 Objetivo general ................................................................................................................ 18
3.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 18
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS .......................................................................... 19
4.1 Discapacidad ...................................................................................................................... 19
4.1.1 Grados y tipos de discapacidad. .............................................................................. 20
4.1.2 Discapacidad Motriz ................................................................................................. 21
4.2 Manejo Manual de Cargas y Manejo Manual de pacientes. ......................................... 22
4.3 Grúas de transferencia para personas con discapacidad .............................................. 23
4.3.1 Tipos de grúas de transferencia ............................................................................... 24
4.4 Actuadores lineales. ........................................................................................................... 29
X
4.5 Arneses ................................................................................................................................ 33
4.6 Perchas ................................................................................................................................ 34
5. MARCO METODOLÓGICO ............................................................................. 35
5.1 Levantamiento de la necesidad. ....................................................................................... 36
5.1.1 Universo de trabajo y obtención de datos. ................................................................ 36
5.2 Diseño de la grúa de transferencia. ................................................................................. 42
5.2.1 Dimensionamiento de los elementos. ....................................................................... 45
5.2.2 Deflexiones de los elementos..................................................................................... 62
5.2.3 Validación de la grúa mediante simulación en software 3D. ................................. 65
5.2.4 Selección del actuador. ................................................................................................ 68
5.2.5 Límite de estabilidad .................................................................................................... 71
5.3 Construcción de la grúa de transferencia. ...................................................................... 77
5.3.1 Proceso de construcción........................................................................................... 77
5.3.2 Análisis de precios unitarios. ...................................................................................... 83
5.4 Pruebas de funcionamiento. .............................................................................................. 87
5.5 Implementación................................................................................................................... 88
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ........................................................................... 89
7. CONCLUSIONES. ............................................................................................. 92
8. RECOMENDACIONES .................................................................................... 93
9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................. 93
Anexos .......................................................................................................................... 97
XI
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Grado de discapacidad física en el Ecuador [3]. ............................................................ 14
Figura 2 Esquema general de la CIF [12]. ...................................................................................... 20
Figura 3 Tipos de discapacidad [13]. ............................................................................................... 21
Figura 4 Esquema de grúa de transferencia para pacientes con discapacidad [6]. .................... 24
Figura 5 Grúa de transferencia fija para piscinas [20]. .................................................................. 25
Figura 6 Grúa de techo Handi-Move [21]. ..................................................................................... 26
Figura 7 Mecanismo para traslado (silla - automóvil) [22]. .......................................................... 27
Figura 8 Mecanismo tipo grúa para transferencia de personas con discapacidad [23]. ........... 27
Figura 9 Grúa de transferencia móvil comercial [24]. ................................................................... 28
Figura 10 Grúa de transferencia móvil con actuador hidráulico [25]. ........................................ 28
Figura 11 Actuador electromecánico LINAK [32]. ...................................................................... 30
Figura 12 Actuador oleohidráulico 9008A [33]. ............................................................................ 30
Figura 13 Actuador oleohidráulico Holmac [34]. .......................................................................... 31
Figura 14 Actuador electromecánico FESTO [35]. ...................................................................... 31
Figura 15 Actuador electromecánico LINAK LA44 [36] ............................................................ 32
Figura 16 Actuador electromecánico MMAC300 [37]. ................................................................. 32
Figura 17 Arnés dorso lumbar Ortopedia Lowcost [39]. ............................................................. 33
Figura 18 Percha para camilla [41]. .................................................................................................. 34
Figura 19 Percha Hill Rom [43]. ...................................................................................................... 34
Figura 20 Proceso de diseño, construcción e implementación de una grúa de transferencia
para pacientes con discapacidad. ...................................................................................................... 35
Figura 21 Probabilidad de accidentes. ............................................................................................. 38
Figura 22 Probabilidad de presentarse molestias físicas. .............................................................. 39
Figura 23 Distintas molestias físicas presentadas .......................................................................... 39
Figura 24 Modificación del tiempo de traslado y aseo. ................................................................ 40
Figura 25 Distribución de las habitaciones y pasillo. .................................................................... 42
Figura 26 Esquema 3D de la grúa de transferencia....................................................................... 43
Figura 27 Simulación de la grúa sometida a cargas en ADAMS view. ....................................... 44
Figura 28 Desplazamiento vs Tiempo - Vástago........................................................................... 44
Figura 29 Esquema general de la grúa con cargas y momentos. ................................................. 46
XII
Figura 30 Diagrama de cuerpo libre - Brazo superior .................................................................. 46
Figura 31 Diagramas de corte y momento - Brazo superior ....................................................... 48
Figura 32 Diagrama de cuerpo libre - Mástil .................................................................................. 49
Figura 33 Diagrama de cuerpo libre 3D – Base............................................................................. 51
Figura 34 Diagrama de cuerpo libre x-y – Base ............................................................................. 51
Figura 35 Diagrama de cuerpo libre 3D - Brazo Inferior ............................................................ 53
Figura 36 Diagrama de cuerpo libre - Brazo inferior .................................................................... 53
Figura 37 Diagrama de corte y momento - Brazo inferior. ......................................................... 54
Figura 38 Diagrama de cuerpo libre - Pasador A. ......................................................................... 55
Figura 39 Diagrama de cuerpo libre - Pasador B. ......................................................................... 57
Figura 40 Diagrama de cuerpo libre - Pasador B. ......................................................................... 58
Figura 41 Diagrama de cuerpo libre - Pasador D. ......................................................................... 59
Figura 42 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador A. .................................................. 60
Figura 43 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador B. .................................................. 60
Figura 44 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador D. ................................................. 61
Figura 45 Esquema de deflexión - Base .......................................................................................... 63
Figura 46 Esquema de deflexión - Brazo inferior. ........................................................................ 64
Figura 47 Parámetros de mallado. ................................................................................................... 65
Figura 48 Simulación de deflexiones. .............................................................................................. 66
Figura 49 Simulación de esfuerzos de Von Mises ......................................................................... 67
Figura 50 Simulación de esfuerzos de Von Mises – Base y mástil. ............................................. 68
Figura 51 Variación de energía del actuador vs Tiempo ............................................................. 69
Figura 52 Velocidad vs Tiempo ....................................................................................................... 70
Figura 53 Esquema de grúa con centro de masa - Primera posición. ........................................ 72
Figura 54 Esquema de grúa con centro de masa - Segunda posición. ....................................... 75
Figura 55 Esquema de grúa con centro de masa - Tercera posición. ......................................... 76
Figura 56 Construcción de grúa de transferencia. ......................................................................... 77
Figura 57 Diagrama de procesos para construcción de la grúa. .................................................. 78
Figura 58 Diagrama de procesos para construcción de base y mástil. ....................................... 79
Figura 59 Diagrama de procesos para construcción de brazos inferiores. ................................ 80
Figura 60 Diagrama de procesos para construcción de brazo superior. .................................... 81
Figura 61 Diagrama de procesos para construcción de sistema de apertura y cierre. .............. 81
XIII
Figura 62 Ensamblaje de elementos de la grúa de transferencia. ................................................ 82
Figura 63 Ensamblaje de actuador, baterías y controlador. ......................................................... 82
Figura 64 Grúa de transferencia terminada. ................................................................................... 83
Figura 65 Prueba de funcionamiento con pacientes, Fundación OSSO [7]. ............................. 88
Figura 66 Entrega de la grúa de transferencia en la fundación OSSO. ...................................... 88
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Ventajas del uso de grúas de transferencia [19]. .............................................................. 24
Tabla 2 Tabla comparativa de grúas de transferencia disponibles en el extranjero. ................. 29
Tabla 3 Pesos, tallas y discapacidades de los pacientes de la fundación OSSO [7]. ................. 41
Tabla 4 Matriz de ponderaciones para selección del actuador. ................................................... 71
Tabla 5 Centro de masa - Primera posición ................................................................................... 73
Tabla 6 Centro de masa - Segunda posición. ................................................................................. 74
Tabla 7 Centro de masa - Tercera posición. ................................................................................... 75
Tabla 8 APU - Brazos inferiores. ..................................................................................................... 84
Tabla 9 APU - Base y mástil. ............................................................................................................ 85
Tabla 10 APU - Brazo superior........................................................................................................ 86
Tabla 11 Análisis de costos totales. ................................................................................................. 87
14
1. INTRODUCCIÓN
La discapacidad es toda restricción o ausencia de la capacidad para realizar una
actividad en la forma o dentro del margen que se considera normal para un ser humano
[1].
Existen distintos tipos de discapacidades, como: psíquica, sensorial, intelectual,
visceral, mental y físico motora, esta última se define como la dificultad que presentan
algunas personas para participar en actividades propias de la vida cotidiana, que surge
como consecuencia de la interacción entre una dificultad específica para manipular
objetos o acceder a diferentes espacios, lugares y actividades que realizan todas las
personas [2]. Sin embargo estos distintos tipos de discapacidades pueden manifestarse al
mismo tiempo en una misma persona.
Según el Consejo Nacional para la Igualdad de Discapacidades (CONADIS), en
el Ecuador existen 207,457 personas con discapacidad motriz o física [3], de éstas,
alrededor del 50.4%, sufre de dicha discapacidad en un grado superior al 50%. En la
figura 1, se muestran los grados de discapacidad física y el porcentaje de personas que lo
padecen.
Figura 1 Grado de discapacidad física en el Ecuador [3].
Las personas con grado de discapacidad motriz del 50% o más, no pueden
realizar muchas acciones por sí mismas y deben valerse de otras personas o dispositivos
(como sillas de ruedas), que sean quienes puedan ayudarles a realizar actividades como su
traslado de un lugar a otro.
La discapacidad física genera una serie de necesidades de infraestructura básica,
que habitualmente no es posible encontrar en los hogares, tales como la distribución y
tamaños de los espacios hasta la disconformidad de tales espacios en que se permanece
15
por largo tiempo o cuando se requiere desplazamiento. Esto, debido al desconocimiento
sobre qué tipo de arreglos puede hacerse para mejorar la calidad de vida de las personas
discapacitadas y a la falta de recursos económicos, entre otras causas. Producto de esto
no sólo se afectan éstas personas, sino que también sus cuidadores (principalmente
familiares), quienes muchas veces comienzan a presentar enfermedades físicas y mentales
derivadas de la tarea de movilizarlos incluso en distancias cortas [4].
Existen algunos dispositivos diseñados para el transporte de personas con
capacidades menores, sin embargo algunos proyectos se enfocan principalmente en las
personas encargadas del cuidado: El asistente de una persona con deficiencia motriz tiene
que mover al paciente de la cama o camilla a la silla de ruedas y viceversa; una forma de
ayudar al enfermero en su trabajo y a su vez evitarle posibles lesiones ocasionadas por
dicho traslado es un dispositivo especializado para el traslado de las personas con
discapacidad motriz. Se determinó que el dispositivo óptimo para realizar este trabajo es
una grúa de transferencia [5].
Por otra parte algunos autores hacen referencia a la importancia de la seguridad al
momento del traslado del paciente: debido a la necesidad de facilitar el traslado de
personas discapacitadas para sus diferentes terapias se hace necesario contar con un
dispositivo móvil de tipo elevación basado en los mecanismos semejantes a los que se
utilizan en las grúas industriales, por lo que un prototipo debe proporcionar el servicio
correspondiente a movimiento fácil y rápido para las personas discapacitadas [6].
16
2. PROBLEMA
2.1 Antecedentes
En la ciudad de Cuenca, existen distintos centros de acogida para niños y
adolescentes con discapacidad física e intelectual; la Fundación OSSO1 , acoge a 21
niños y adolescentes, 19 de ellos necesitan de atención prioritaria, y ayuda de sillas de
ruedas o colaboradores para su movilización, 12 personas encargadas del cuidado de los
pacientes brindan ayuda para la realización de las actividades como : transportarlas desde
la cama hacia la silla de ruedas, de la silla de ruedas a la ducha, de la ducha a la silla de
ruedas, de la silla de ruedas a la colchoneta de rehabilitación y de la silla de ruedas a la
cama [7].
El transporte de los pacientes inicia en la mañana cuando deben llevarlos desde la
cama a la silla de ruedas, existen habitaciones a las que se ingresa por un pasillo en donde
es complicado introducir dichas sillas, por esta razón es que los discapacitados deben ser
trasladados en brazos hasta éstas, esta situación se repite en otras actividades como
mudas de pañal, aseo diario, ubicación de los mismos en colchonetas de rehabilitación, y
en la noche cuando deben regresar a sus lugares de descanso.
Por otro lado, la edificación en donde está ubicada ésta fundación, no está diseñada
para albergar a pacientes con limitaciones físicas, por lo que sus reducidos pasillos y
puertas, resultan incómodos para realizar la labor del transporte de los pacientes, esto
sumado a otros factores como peso y talla aumenta el riesgo de que se produzcan golpes
o accidentes, que de una u otra forma pueden provocar lesiones del sistema músculo-
esquelético [7].
2.2 Delimitación
El proyecto será desarrollado en la provincia del Azuay en el cantón Cuenca, en los
laboratorios de la Universidad Politécnica Salesiana para el diseño, y Talleres Avilés para
la construcción del dispositivo; usaremos tecnología de mecanizado por arranque de
viruta como torneado, fresado, taladrado, corte por chorro de agua, entre otros. Para el
desarrollo del diseño y construcción, se cuenta con el apoyo de los miembros del Grupo
de Investigación en Ingeniería Biomédica de la Universidad Politécnica Salesiana y
1 OSSO: Organización de Servicios para el Socorro de los Orfanatos, organización internacional creada
para atender a niños abandonados con necesidades especiales.
17
estudiantes de la Carrera de Ingeniería Mecánica, quienes cuentan con el conocimiento
necesario para dar soporte a la exitosa elaboración del proyecto.
2.3 Importancia y Alcance.
Ésta investigación, pretende diseñar y construir un dispositivo para la Fundación
OSSO, que beneficie a las personas con problemas de movilidad y sus colaboradores; sin
embargo, este proyecto podrá ser replicable para distintas familias, instituciones u
organizaciones, que traten con pacientes con una similar situación médica.
Además, actualmente resulta complicado adquirir mecanismos para el traslado de
discapacitados, esto debido a precios y disponibilidad en el medio, por lo que se quiere
construir un dispositivo de menor costo, ya que se lo realizará con tecnologías de
mecanizado y materiales disponibles en el mercado local, permitiendo que sea más
accesible para los posibles usuarios.
18
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo general
Diseñar, construir e implementar una grúa móvil para el transporte y ubicación
en posición de rehabilitación de personas con discapacidad en las instalaciones de la
fundación Pequeñitos de OSSO.
3.2 Objetivos específicos
Identificar la situación actual de la edificación de la fundación OSSO y analizar
los diferentes tipos de dispositivos existentes para ubicación en posición de
rehabilitación y el transporte de pacientes con discapacidad en lugares reducidos.
Determinar los parámetros del diseño de un dispositivo mecánico para el
transporte y ubicación en posición de rehabilitación de pacientes con
discapacidad con la ayuda de software para ingeniería que facilite la simulación y
modelado del sistema.
Construir el dispositivo mecánico, utilizando los procesos de manufactura
existentes en la localidad y con los materiales adecuados disponibles en el
mercado local garantizando las funciones para las que fue diseñado.
Realizar un estudio de precios unitarios para determinar el costo de un
dispositivo mecánico para el transporte y ubicación en posición de rehabilitación
de pacientes con discapacidad motriz.
19
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Para el desarrollo del mecanismo en cuestión, es necesario realizar un análisis de la
literatura existente, en primer lugar sobre la discapacidad y los tipos existentes,
enfocándonos principalmente en la discapacidad motriz, esto permitirá ponernos en
contexto sobre la situación en la que se encuentran las personas con ésta afección,
posteriormente sobre mecanismos que cumplan con funciones y características similares
al objetivo del proyecto, movilizar a pacientes garantizando su seguridad e integridad
física, además, se profundiza en los distintos actuadores existentes en el mercado que
permitan alcanzar distintas alturas, las mismas que son necesarias para sus actividades de
rehabilitación.
4.1 Discapacidad
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), discapacidad es un término
general que abarca las deficiencias que afectan a la estructura o función corporal, las
limitaciones de la actividad como dificultades para ejecutar acciones o tareas, y las
restricciones de participación que son problemas para participar en situaciones vitales de
una persona. [8]
Por otra parte, en el Ecuador, la Ley Orgánica de Discapacidades, considera
persona con discapacidad a toda aquella que, como consecuencia de una o más
deficiencias físicas, mentales, intelectuales o sensoriales, con independencia de la causa
que la hubiera originado, ve restringida permanentemente su capacidad biológica,
sicológica y asociativa para ejercer una o más actividades esenciales de la vida diaria. [9]
En general, la discapacidad es toda restricción o ausencia de la capacidad para
realizar una actividad en la forma o dentro del margen que se considera normal para un
ser humano, como consecuencia de una deficiencia. Las discapacidades reflejan, por
tanto, alteraciones a nivel de la persona. [10][11]
De acuerdo a datos oficiales de la OMS, más de mil millones de personas (al
menos el 15% de la población mundial) padecen de alguna forma de discapacidad [8]; en
cuanto a barreras que impiden el libre desenvolvimiento de los discapacitados tenemos:
costos prohibitivos (en muchos casos estos no son diferenciados de acuerdo a sus
condiciones), la oferta limitada de servicios, aptitudes y conocimientos inadecuados de las
personas que los rodean y obstáculos físicos, este último, hace referencia al acceso
desigual a edificios, equipos inaccesibles, mala señalización, puertas estrechas, escaleras
en interiores, baños inadecuados y zonas de estacionamiento inaccesibles.
20
4.1.1 Grados y tipos de discapacidad.
En 2001 la 54ª Asamblea General de la OMS aprobó la “Clasificación
Internacional del Funcionamiento, la Discapacidad y la Salud” (CIF), el esquema general
se muestra en la figura 2. [12]
Figura 2 Esquema general de la CIF [12].
La clasificación mostrada, se divide en dos partes: 1) Funcionamiento y
Discapacidad, 2) Factores contextuales; la primera hace referencia a los cambios que se
presentan en las funciones fisiológicas y psicológicas de los sistemas corporales, cambios
en las partes anatómicas del cuerpo como extremidades y órganos, y a la capacidad de
ejecución de tareas en un entorno uniforme. Por otro lado, la segunda trata acerca de la
influencia de factores internos (mentales) y externos (barreras físicas, sociales y
actitudinales) y como estos se relacionan con la funcionalidad y discapacidad de las
personas.
A partir de lo anterior, se puede determinar el grado de discapacidad de una
persona, estos se resumen en cinco niveles que se muestran a continuación. [12]
1. NO hay deficiencia Ninguna, ausencia, insignificante 0-4%
2. Deficiencia LIGERO Poca, escasa 5-24%
3. Deficiencia MODERADO Media, regular 25-49%
21
4. Deficiencia GRAVE Mucha, extrema 50-95%
5. Deficiencia COMPLETO total 96-100%
Por otra parte, el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática
(INEGI – México), presenta los tipos de discapacidades basándose en la CIF, estos se
muestran en el siguiente gráfico [13].
Figura 3 Tipos de discapacidad [13].
4.1.2 Discapacidad Motriz
La discapacidad físico motora en términos generales es un limitación grave para
realizar actividades de forma independiente cuya duración sea permanente.
Entre las causas que produce la discapacidad física motora esta la ambiental que
puede deberse al envejecimiento de la población, causas externas como accidentes,
conflictos con armas, mal uso de productos tóxicos como plaguicida, uso de bebidas
alcohólicas, drogas, violencia social; en niños se produce por desnutrición, abandono,
pobreza extrema, discriminación, desastres naturales.[14]
Entre las causas patológicas de esta afección tenemos [15]:
22
Deformidad: es cuando el tejido de las extremidades inferiores no permiten adoptar la posición adecuada. Las causas más comunes suelen ser contracturas y retracciones.
Debilidad muscular: se da cuando existe una atrofia muscular, lesiones neurológicas o miopatías.
Dolor: suele suceder cuando hay una tracción tisular.
Control neurológico deficitario: son patologías a nivel neurológico estas alteraciones pueden ser: espasticidad, alteración en la coordinación, patrones de reflejos primitivos del aparato locomotor, alteración de la secuencia de actuación muscular, alteraciones de la propiocepción.
Amputaciones: cortes, quemaduras o enfermedades como cáncer, diabetes que requieren cirugía.
Afecciones de la columna vertebral: lesiones a nivel de la columna que afecta la función motora de la persona.
Enfermedades degenerativas: esclerosis múltiple enfermedad degenerativa del sistema nervioso central.
Parálisis cerebral: anomalía provocada por el desarrollo defectuoso o lesión en el cerebro que puede afectar al control motor, movimiento y postura de la persona.
4.2 Manejo Manual de Cargas y Manejo Manual de pacientes.
Se conoce como manipulación manual de cargas (MMC) a la acción de levantar,
colocar, halar o empujar una carga viva (personas o animales) o inanimada realizado por
una o más personas.
A manera general, se recomienda realizar una MMC con pesos de hasta 25 kg, sin
embargo este número puede verse reducido en mujeres y menores de 18 años en donde
el peso máximo recomendado es hasta 15 kg. Cuando la carga máxima es mayor a los
valores indicados, es necesario tener en cuenta las siguientes recomendaciones [16]:
1. Apoyarse de una o más personas para disminuir la carga individual.
2. Implementar técnicas para mejorar la postura, esto reducirá el impacto
sobre la persona que realiza la acción.
3. Utilizar mecanismos que puedan realizar el trabajo por si mismos o que
puedan facilitar la manipulación de la carga en mención
Una incorrecta MMC, puede provocar lesiones que pueden llegar a ser graves
para la integridad del ser humano, sobre todo en la columna; entre las principales
afecciones están. [17]
23
Lumbalgias
Lumbociatalgias
Hernias discales
Espondilolistesis
Síndrome de Túnel carpiano
Fracturas por sobreesfuerzo
La manipulación manual de pacientes (MMP), hace referencia a la movilización,
colocación o empuje de pacientes de una posición a otra o de un lugar a uno distinto, las
consideraciones de la MMC también aplican para este caso; la movilización de pacientes
constituye uno de los principales factores de riesgo para las lesiones de espalda, entre las
tareas que suponen mayor accidentabilidad destacan [18]:
Incorporar o rotar a un paciente en la cama
Realizar cambios posturales y desplazamientos hacia la cabecera de la
cama
Transferir a un paciente desde la cama hasta la silla de ruedas
Transferencia desde la silla de ruedas hasta el WC
Levantar a un paciente en posición sedente a bipedestación.
4.3 Grúas de transferencia para personas con discapacidad
Una grúa de transferencia es un mecanismo que tiene como objetivo facilitar el
transporte de un lugar a otro de personas con problemas de movilidad.
Algunos proyectos se enfocan principalmente en las personas encargadas del
cuidado: El asistente de una persona con deficiencia motriz tiene que mover al paciente
de la cama o camilla a la silla de ruedas y viceversa; una forma de ayudar al enfermero en
su trabajo y a su vez evitarle posibles lesiones ocasionadas por dicho traslado es un
dispositivo especializado para la movilización de las personas con discapacidad motriz. Se
determinó que el dispositivo óptimo para realizar este trabajo es una grúa de
transferencia. [3]
El uso de las grúas de transferencia presenta una serie de ventajas tanto para el
usuario como para el cuidador, en lugar del traslado manual; las mismas se observan en la
tabla 1 [19].
24
Tabla 1 Ventajas del uso de grúas de transferencia [19].
VENTAJAS
Usuario -Disminuye las molestias y, en algunos casos, el dolor que ocasiona el traslado manual.
-Aporta más seguridad a los traslados ya que evitan riesgos de caídas.
-Proporciona mayor autonomía para el usuario.
Cuidador/Familiar -Disminuye los problemas de espalda al evitar realizar una fuerza excesiva.
-Es suficiente un cuidador para mover a una persona.
Una característica importante a destacar es que la gran mayoría de las estructuras
para elevación de personas requieren de arnés o estructuras extendidas que permitan
sostener su peso, procurando tener los requerimientos de seguridad necesarios de manera
que pueda otorgar comodidad para el paciente como también la facilidad de instalación
para el cuidador [4].
Figura 4 Esquema de grúa de transferencia para pacientes con discapacidad [6].
4.3.1 Tipos de grúas de transferencia
Grúas de tipo fija
Un dispositivo de tipo fijo puede estar empotrado en el piso o sujeto a la pared,
esto resulta poco conveniente en lugares en los cuales es necesario trasladar a un paciente
de un lugar a otro, viéndose limitados a transferirlos simplemente en una misma área, por
ejemplo de la silla de ruedas a la piscina o ducha y viceversa; en muchos casos estas
pueden realizar giros de 360º como la que se muestra a continuación.
25
Figura 5 Grúa de transferencia fija para piscinas [20].
Grúas de techo
Este tipo de grúas se encuentran sujetas al techo, logran el movimiento mediante
un sistema de rieles, por lo que el recorrido es definido de acuerdo a la necesidad del
usuario; son muy versátiles, sin embargo su utilidad se ve limitada a techos reforzados
que puedan soportar todo el peso de la estructura.
26
Figura 6 Grúa de techo Handi-Move [21].
Grúas Móviles
Las grúas móviles son dispositivos de elevación que permiten el traslado de
pacientes de un lugar a otro. Los mismos constan de ruedas en su base, ésta última puede
ser de anchura fija o ajustable, esto dependerá de las restricciones presentes tales como
las dimensiones de la silla de ruedas o las barreras arquitectónicas que presente el lugar.
Por la importancia de la seguridad debido a la necesidad de facilitar el traslado de
personas discapacitadas para sus diferentes terapias, se hace necesario contar con un
dispositivo móvil de tipo elevación basado en los mecanismos semejantes a los que se
utilizan en las grúas industriales. [6]
De acuerdo con las necesidades y actividades realizadas por los pacientes, se han
adaptado sistemas y mecanismos que contribuyan al desarrollo de éstas. El sistema
mostrado a continuación se enfocó en la necesidad de poder ubicar al paciente dentro de
un vehículo.
27
Figura 7 Mecanismo para traslado (silla - automóvil) [22].
El siguiente dispositivo se enfoca en las personas encargadas del cuidado de los
pacientes por lo que se elaboró un equipo biomecánico para la movilización de pacientes
sin autonomía para el personal de enfermería del Hospital Andino Alternativo de
Chimborazo, con el fin de disminuir molestias músculo esqueléticas y generar confort.
Cabe indicar que el mecanismo que realiza el levantamiento es un actuador hidráulico
como se puede observar a continuación. [23].
Figura 8 Mecanismo tipo grúa para transferencia de personas con discapacidad [23].
28
En Ecuador, no es fácil encontrar grúas de transferencia móviles, sin embargo
haciendo un levantamiento de información en páginas web de comercio se puede
encontrar dispositivos como el siguiente.
Figura 9 Grúa de transferencia móvil comercial [24].
El dispositivo mostrado anteriormente, posee un sistema de base ajustable y un
actuador electromecánico que realiza el levantamiento del paciente, el precio del mismo
es de 3998.99 USD [24].
Otro mecanismo disponible en la misma página web de comercio es el que se
presenta a continuación, éste cuenta con una base fija y un actuador hidráulico, su precio
es de 1549 USD. [25]
Figura 10 Grúa de transferencia móvil con actuador hidráulico [25].
29
Existen marcas comerciales extranjeras que disponen de grúas de transferencia
para su venta, en la tabla 2 se muestran algunas marcas y su precio tentativo en dólares
estadounidenses.
Tabla 2 Tabla comparativa de grúas de transferencia disponibles en el extranjero.
CASA COMERCIAL
MODELO FOTOGRAFÍA PRECIO (USD)
Ortopedia Lowcost [26]
Powerlift 135 Mini
725.94
Ortopedia en línea [27]
Invacare Birdie Compact
810.98
Ortopedia viva [28]
Aks Foldy II
1065.91
Ortopedia MIMAS [29]
Carlo Classic ALU
2694.82
Ortopedia Lowcost [30]
Oxford Advance
2097.20
4.4 Actuadores lineales.
Un actuador lineal es un elemento capaz de convertir energía hidráulica,
neumática o el movimiento generado por un motor de corriente continua en un
movimiento rectilíneo, es decir, movimientos de halado y empuje; con esto se tiene la
capacidad de realizar acciones como elevar, inclinar, ajustar, halar o empujar objetos
desde un punto a otro. [31]
30
Figura 11 Actuador electromecánico LINAK [32].
A continuación se muestran algunos actuadores y sus especificaciones técnicas.
Actuador oleo hidráulico de botella 9008A. [33]
Figura 12 Actuador oleohidráulico 9008A [33].
Altura mínima con vástago retraído: 200 mm
Altura máxima con vástago extendido: 391 mm
Esfuerzo manivela a capacidad nominal: 34 kgf
Capacidad: 7.3 tnf
Peso del producto: 5.5 kgf
31
Actuador oleo hidráulico Holmatro HGC10S30 [34].
Figura 13 Actuador oleohidráulico Holmac [34].
Altura máxima con vástago extendido: 390 mm
Capacidad: 10 tnf
Peso del producto: 7.3 kgf.
Actuador electromecánico FESTO EPCO [35].
Figura 14 Actuador electromecánico FESTO [35].
Carrera máxima de trabajo: 400 mm
Capacidad: 650 N
Peso del producto: 2.77 kgf
Velocidad máxima: 180 mm/s
32
Actuador electromecánico LINAK LA44 [36]
Figura 15 Actuador electromecánico LINAK LA44 [36]
Carrera máxima de trabajo: 368 mm
Capacidad: 12 kN
Peso del producto: 10 kgf
Velocidad máxima: 8.6 mm/s
Actuador electromecánico MMAC300 [37].
Figura 16 Actuador electromecánico MMAC300 [37].
Carrera máxima de trabajo: 300 mm
Capacidad: 100 kgf
Peso del producto: 4 kgf
Velocidad máxima: 20 mm/s 2
33
4.5 Arneses
Estos tipos de arneses están formados por una pieza de tela de malla de hilo de
poliéster recubierta con PVC, ribeteada en toda su periferia y reforzada en las zonas en
las que están cosidos los tirantes de cinta de polipropileno. [38]
Los tirantes disponen de varios bucles que permiten colocar al usuario en la
posición adecuada para realizar la transferencia, así como variar la posición del mismo
con respecto a la barra de suspensión de la grúa.
Los arneses cuentan con asas que facilitan el posicionamiento del usuario en el
arnés y permiten además colocar correctamente al usuario en el elemento destino de la
transferencia.
Los arneses se diseñan en dos tallas: la talla mediana para personas hasta 90 kg y la
talla Grande para persona de 90 kg hasta 250 kg.
Figura 17 Arnés dorso lumbar Ortopedia Lowcost [39].
Aunque la mayoría de las personas se adaptan al arnés que se suministra junto con
la grúa de traslado, hay personas que tienen necesidades especiales y que por tanto
necesitan arneses adaptados para ellos. También pueden utilizarse como segundo arnés
para facilitar el trabajo al cuidador. [40]
Arneses más grandes para personas con obesidad.
Arneses con soporte de cabeza para personas que no tienen control en el cuello.
Arneses tipo hamaca para amputados.
Arneses de redecilla especiales para ducha y lavado del paciente.
Arneses envolventes para personas más agitadas.
34
Arneses de ajuste rápido para una fácil colocación y para facilitar la higiene íntima
o el acceso para los baños.
4.6 Perchas
La percha en conjunto con el arnés forma una unidad funcional. Desde el punto de
vista de la seguridad, la percha es muy importante [43], es necesaria una adecuada
selección de la misma, esto dependerá de la función específica a la que vaya estar
sometida (por ejemplo transportar a un paciente sentado o acostado) y a las condiciones
de la persona en cuestión. En la siguiente figura se muestra una percha para movilizar a
una persona acostada.
Figura 18 Percha para camilla [41].
El diseño y la geometría de la percha son fundamentales para la postura de sentado
del paciente. Generalmente, una barra simétrica proporciona una postura de sentado más
reclinada que una barra doble; con una percha más ancha, los brazos del paciente quedan
por dentro del arnés. Con una percha más angosta, los brazos del paciente quedan por
fuera del arnés [42].
Figura 19 Percha Hill Rom [43].
35
5. MARCO METODOLÓGICO
Para que el desarrollo del mecanismo tipo grúa móvil para el traslado de pacientes
se pueda ejecutar de manera exitosa, es necesario realizar un trabajo conjunto con el
grupo de investigación de ingeniería biomédica, de esta manera garantizamos que todos
los elementos puedan cumplir con todos los requerimientos sin ningún inconveniente, en
la figura 20 se muestra el proceso a seguir, con los puntos como se muestran a
continuación.
Figura 20 Proceso de diseño, construcción e implementación de una grúa de transferencia para pacientes con discapacidad.
1) En primer lugar, se realiza el levantamiento de la necesidad por lo que es
importante llevar a cabo un trabajo de campo en la Fundación OSSO, para esto
se desarrolla la observación del procedimiento actual para la manipulación de
pacientes y se aplica una encuesta al personal que se encarga de esa actividad para
de esta forma poder conocer sus necesidades, además se levanta toda la
información necesaria y las restricciones tanto arquitectónicas del lugar, como de
las personas beneficiarias de este proyecto ( peso, talla, entre otros).
2) Posteriormente, se realiza el estudio del estado del arte que permitirá identificar el
trabajo existente dentro del campo de la MMP, el mismo se encuentra detallado
en la sección 4 Fundamentos Teóricos de este documento.
36
3) Para garantizar que el mecanismo cumpla con las condiciones de movimiento
establecidas se utiliza el software ADAMS view que permite un análisis
cinemático de todo el mecanismo; se procede a dimensionar el mecanismo
empleando métodos de cálculo analíticos y el software Autodesk Inventor 2018,
este último permitirá analizar bajo el sistema de elementos finitos los elementos
que conforman el dispositivo garantizando el dimensionamiento y la selección del
material.
4) Una vez se encuentre validado el dispositivo, se procede a construir las diferentes
partes del mecanismo a través del uso de máquinas y herramientas con técnicas
de mecanizado CAV (Torno, fresadora, taladro), es importante recalcar que los
materiales a usar se encuentran todos disponibles dentro del mercado local.
5) Completado el proceso de construcción de todas las partes de la grúa móvil, se
integran en un solo dispositivo y se realizan las pruebas de funcionamiento para
poder identificar problemas y establecer las mejoras necesarias con el fin de
garantizar su correcto funcionamiento.
6) Al terminar con las pruebas que validen la grúa móvil para pacientes
discapacitados, se procede a implementarla dentro de la fundación OSSO en
donde serán usadas en beneficio de sus pacientes y colaboradores.
5.1 Levantamiento de la necesidad.
Para el levantamiento de la necesidad fue necesario realizar un trabajo de campo,
el mismo que inició con la observación de la situación actual de la fundación y del
procedimiento que se utilizaba para el traslado de pacientes, luego se obtuvo las
restricciones arquitectónicas de las instalaciones, por último se toman los datos de peso,
talla y afecciones de los pacientes quienes serán los beneficiarios del proyecto.
5.1.1 Universo de trabajo y obtención de datos.
La fundación OSSO cuenta con 12 colaboradores quienes se encargan de las
labores de cuidado, traslado y manipulación de los pacientes que se encuentran en el
lugar, para poder conocer de manera general y puntual algunos aspectos como
probabilidad de accidentes al realizar las labores mencionadas, la molestia física generada
y la importancia del tiempo necesario para realizar estos trabajos, se realizó la siguiente
encuesta.
37
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LA PRESENTE ENCUESTA SIRVE PARA OBTENER DATOS PARA EL PROYECTO DE TITULACIÓN PARA LOS ESTUDIANTES DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA LA CUAL SERÁ UTILIZADA UNICAMENTE
CON FINES ACADÉMICOS, POR ESE MOTIVO LE PEDIMOS DE LA MANERA MÁS COMEDIDA POSIBLE NOS AYUDE LLENANDO LAS SIGUIENTES PREGUNTAS. DE ANTEMANO LE AGRADECEMOS POR SU COLABORACIÓN: 1. En base a su experiencia indique que tan probable es que se produzca un
accidente al momento de movilizar a los usuarios en distintas actividades
(aseo, recreación, fisioterapia).
Marque con una X según su criterio:
Muy probable
Probable
Medianamente probable
Poco probable
No es probable
2. El tener que cargar a los usuarios para transportarlos de un lugar a otro le a
causado alguna molestia física:
SI
Si su respuesta es sí coloque en orden de importancia identificando como el 1 el menos importante y 3 el más importante:
IMPORTANCIA
1 2 3
Dolor de brazos
Dolor de piernas
Dolor de espalda
Otro
Otro, especifique:
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3. ¿El tiempo que usted utiliza en el aseo de los pacientes puede ser modificado?
SI
NO
NO
38
Es importante recalcar que la encuesta presentada anteriormente, se la aplicó al
primer turno de trabajadoras que laboran en la fundación, es decir, se encuestó a un total
de 6 personas, la tabulación de los resultados se presentan a continuación.
La pregunta 1 hace referencia a la probabilidad de que se produzca un accidente
al momento de trasladar y manipular a los pacientes, el 67% de la población encuestada
respondió en base a su experiencia que es muy probable que se produzca un accidente
mientras que el 17% y 16% respondió que es probable y medianamente probable
respectivamente. La figura 21 muestra en un gráfico de pastel los resultados obtenidos en
esta pregunta.
Figura 21 Probabilidad de accidentes.
Con los datos antes obtenidos se puede decir que existe un alto índice de
probabilidad de accidentes para el paciente con el proceso actual de manipulación y
traslado.
Por otro lado, la pregunta 2 hace referencia a la probabilidad de que se presenten
dolencias físicas que resulten de las actividades de movilizar a los pacientes, sus distintos
tipos y la importancia que se le da a cada una de ellas; en la figura 22 se observa que el
100% de los encuestados responden que si existe la probabilidad de presentarse molestias
67%
16%
17%
PROBABILIDAD DE QUE SE PRODUZCA UN ACCIDENTE
Muy probable Probable
Medianamente probable Poco probable
No es probable
39
físicas, además, la figura 23 muestra que el dolor de espalda con el 35% es la molestia
que se presenta con mayor probabilidad, seguido del dolor de piernas con el 29%.
Figura 22 Probabilidad de presentarse molestias físicas.
Figura 23 Distintas molestias físicas presentadas
100%
0
1
PROBABILIDAD DE PRESENTARSE MOLESTIAS FÍSICAS
Si No
Dolor de brazos 24%
Dolor de piernas 29%
Dolor de espalda 35%
Dolor de caderas 6%
Dolor de cuello 6%
No 0%
DISTINTAS MOLESTIAS FÍSICAS PRESENTADAS
Dolor de brazos Dolor de piernas Dolor de espalda
Dolor de caderas Dolor de cuello No
40
Los datos obtenidos con la pregunta 2 indican que las personas encargadas del
traslado y manipulación de los pacientes presentan molestias físicas, siendo el dolor de
espalda y el dolor de piernas las molestias que más afectan a estas personas.
La pregunta 3 por su parte, se refiere a la importancia que tiene el tiempo de
traslado y aseo de los pacientes, el resultado se muestra en la figura 24.
Figura 24 Modificación del tiempo de traslado y aseo.
De lo anterior, se observa que el 100% de los encuestados coincide en que no hay
ningún inconveniente en que se modifiquen los tiempos de traslado y aseo de los
pacientes, esto es importante ya que el uso de un dispositivo que ayude en esta labor
podría retrasar o adelantar los tiempos de ejecución de esta tarea.
Una vez analizada la información obtenida a partir de la encuesta es necesario
adquirir los datos de los pacientes quienes serán los beneficiarios directos del proyecto y
de quienes se obtendrán algunas condiciones de diseño. En la siguiente tabla se muestran
los pesos, tallas y afecciones que tienen los pacientes.
SI
NO
0 1 2 3 4 5 6 7
Personas encuestadas
¿Se puede modificar el tiempo de traslado y
aseo de los pacientes?
41
Tabla 3 Pesos, tallas y discapacidades de los pacientes de la fundación OSSO [7].
Paciente Peso Talla Tipo de
Discapacidad Porcentaje de Discapacidad
Grado de discapacidad
1 18.8 kgf
1.04 m Psicosocial. 72% Grave. Dependencia leve.
2 28.5 kgf
1.16 m Intelectual. 81% Muy Grave. Dependencia Leve
3 17.7 kgf
1.21 m Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
4 50.0 kgf
1.45 m Física. 90% Grave. Total Dependencia.
5 37.7 kgf
1.42 m Física. 90% Muy Grave. Total Dependencia.
6 48.9 kgf
1.31 m Física. 85% Muy Grave. Total Dependencia.
7 20.5 kgf
1.15 m Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
8 36.6 kgf
1.31 m Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
9 18.1 kgf
1.09 m Física. 81% Muy Grave. Total Dependencia.
10 21.1 kgf
1.19 m Intelectual. 84% Muy Grave. Total Dependencia.
11 44.2 kgf
1.39 m Física. 90% Muy Grave. Dependencia Moderada
12 38.6 kgf
1.47 m Física. 85% Muy Grave. Total Dependencia.
13 46.9 kgf
1.31 m Física. 90% Muy Grave. Total Dependencia.
14 23.0 kgf
1.23 m Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
15 25.1 kgf
1.47 m Intelectual 95% Muy Grave. Total Dependencia.
16 45.9 kgf
1.45 m Física. 75% Muy Grave. Dependencia Moderada
17 74.5 kgf
1.80 m Psicosocial 85% Muy Grave. Dependencia Grave.
18 47.7 kgf
1.39 m Física. 85% Muy Grave. Dependencia Grave.
19 52.6 kgf
1.42 m Física. 75% Muy Grave. Dependencia Leve
20 34.5 kgf
1.30 m Intelectual 60% Grave. Total Independencia
21 24.5 kgf
1.23 m Intelectual 84% Muy Grave. Total Dependencia.
42
De la tabla anterior se puede observar que el peso máximo de las personas con
discapacidad física y dependencia total o grave es de 50kgf, sin embargo es importante
pensar que el peso máximo de todos los pacientes es de 74.5kgf y que ésta persona a
futuro podría ser un posible usuario del dispositivo mecánico, por lo que se considera
este último peso máximo de los pacientes para todos los análisis posteriores.
Otro de los factores importantes a tener en cuenta son las restricciones
arquitectónicas que presenta la edificación de la fundación OSSO, estas se presentan
sobre todo en la zona de las habitaciones, ya que para poder ingresar por las mismas es
necesario pasar por un corredor cuyo ancho es de 0.8 m mientras que las puertas de
ingreso a las habitaciones son de 0.9 m, esta situación se muestra en la siguiente figura.
Figura 25 Distribución de las habitaciones y pasillo.
5.2 Diseño de la grúa de transferencia.
Para el diseño de la grúa de transferencia móvil se considera en una primera
instancia todas las relaciones de equilibrio tomando en cuenta las fuerzas que actúan en el
mecanismo, los esfuerzos a los que está sometido, y relaciones constitutivas propias del
material a utilizar.
La simulación en software 3D (Autodesk Inventor y ADAMS), nos permite
corroborar la veracidad de los datos calculados analíticamente, es importante acotar que
los datos más importantes a utilizar son las restricciones longitudinales de la grúa y el
43
peso máximo de la persona, estos datos se utilizarán tanto para el cálculo analítico como
para la simulación, los mismos se muestran a continuación.
Peso máximo (W): 120kgf
Longitud máxima entre la base de la grúa y las ruedas delanteras: 1 m
Altura máxima a alcanzar: 1.80 m
El factor de seguridad sugerido será de FS=2 [44]
El esquema de la grúa y sus partes se presentan en la figura 26, es importante
recalcar que se pondrá más énfasis en las partes más críticas del mecanismo como el
actuador y el brazo móvil superior debido al esfuerzo a los que están sometidos.
Figura 26 Esquema 3D de la grúa de transferencia
Antes de proceder con el dimensionamiento, se realiza el primer análisis
cinemático de la grúa, el mismo que nos ayuda a comprobar si la misma es capaz de
levantar el peso máximo propuesto de 120kgf, de esta manera se simula en ADAMS view
el desplazamiento del brazo superior.
44
Figura 27 Simulación de la grúa sometida a cargas en ADAMS view.
La figura 28 nos muestra el desplazamiento del vástago soportando una carga de
120kgf, de la misma se puede concluir que el brazo superior es capaz de alcanzar un
desplazamiento de 300mm desde la posición de reposo en un tiempo de 57 segundos por
lo que el diseño propuesto garantiza que se podrá elevar el cuerpo.
Figura 28 Desplazamiento vs Tiempo - Vástago
45
Para el dimensionamiento de los elementos estructurales el material a utilizar
corresponde a acero que cumple con las normas ASTM A500 (para perfiles estructurales)
[48] y ASTM A36 (para platinas) [49], para lo cual el esfuerzo de fluencia será σy =
320 MPa y σy = 250 MPa respectivamente, dichos valores se utilizan para calcular el
esfuerzo permisible σperm, que a su vez es el esfuerzo de fluencia afectado por el factor
de seguridad.
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 =𝜎𝑦
𝐹𝑆 (1)
Antes de iniciar con el cálculo de dimensiones de los elementos en cuestión,
necesitamos conocer el valor del esfuerzo permisible por lo que aplicando la ecuación 1 y
reemplazando valores tenemos:
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 =320𝑀𝑃𝑎
2
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 = 160𝑀𝑃𝑎 → 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙𝑒𝑠
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 =250𝑀𝑃𝑎
2
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 = 125𝑀𝑃𝑎 → 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑖𝑛𝑎𝑠
5.2.1 Dimensionamiento de los elementos.
Para el dimensionamiento de los elementos de la grúa es necesario conocer de
manera general las cargas y momentos, tanto flectores como torsionales, a los que van a
estar sometidos cada uno de ellos, en la figura 29 se muestra un esquema general de la
grúa con cargas y momentos.
46
Figura 29 Esquema general de la grúa con cargas y momentos.
Dimensionamiento del brazo superior y mástil.
Figura 30 Diagrama de cuerpo libre - Brazo superior
Para realizar el análisis estático del elemento es importante tener en cuenta que se
lo hará en la posición más desfavorable, en este caso será con el peso levantado y el
vástago del actuador completamente extendido, teniendo esto claro se inicia el cálculo
con la sumatoria de momentos con respecto al punto P, de esta manera se halla el valor
de la fuerza FA.
47
+↺ ∑ 𝑀𝑃 = 0 (2)
𝐹𝐴𝑦(298.89𝑚𝑚) − 𝐹𝐴𝑥(256.83𝑚𝑚) − 1172𝑁(897𝑚𝑚) = 0
𝐹𝐴 ∗ 𝑆𝑖𝑛(85.48)(298.89𝑚𝑚) − 𝐹𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(85.48)(256.83𝑚𝑚)− 1177.2𝑁(897𝑚𝑚) = 0
297.96𝑚𝑚 ∗ 𝐹𝐴 − 20.949𝑚𝑚 ∗ 𝐹𝐴 = 1055948.4𝑁𝑚𝑚
𝐹𝐴 = 3811.94𝑁
Una vez encontrada la fuerza FA, se realiza una sumatoria de fuerzas con
respecto al eje Y y X para hallar FPy y FPx respectivamente.
+↑ ∑ 𝐹𝑦 = 0 (3)
−𝐹𝑃𝑦 + 𝐹𝐴𝑦 − 𝑊 = 0
−𝐹𝑃𝑦 + 𝐹𝐴 ∗ 𝑆𝑖𝑛(85.48) − 1177.2𝑁 = 0
−𝐹𝑃𝑦 + 3800.08𝑁 − 1177.2𝑁 = 0
𝐹𝑃𝑦 = 2622.884𝑁
+→ ∑ 𝐹𝑥 = 0 (4)
−𝐹𝑃𝑥 + 𝐹𝐴𝑥 = 0
−𝐹𝑃𝑥 + 𝐹𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(85.48) = 0
𝐹𝑃𝑥 = 300.408𝑁
Una vez calculadas todas las fuerzas que actúan sobre el brazo superior, se grafica
el diagrama de corte y momento.
48
Figura 31 Diagramas de corte y momento - Brazo superior
Del diagrama anterior, se puede hallar la ecuación del momento flector que se
produce en el brazo superior que queda de la siguiente manera para valores de x
entre 0.344𝑚 ≤ 𝑥 ≤ 895𝑚.
𝑀(𝑥) = 0.00142𝑥 − 783.09 (5)
Una vez hallado el momento máximo producido, se calcula el módulo de sección
mínimo requerido, que es la relación entre el momento máximo y el esfuerzo permisible
σperm.
49
𝑆𝑚𝑖𝑛 =𝑀
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 (6)
𝑆𝑚𝑖𝑛 =783.091 𝐾𝑁𝑚𝑚
160𝑀𝑃𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 = 4.8943𝑥10−6𝑚3 → 4.8943𝑐𝑚3
De darse el caso en que la tabla normalizada no presente un valor de módulo de
sección S para poder seleccionar el material adecuado, será necesario aplicar la relación
existente entre la inercia I del material con la distancia máxima desde el eje neutro hasta la
superficie superior o inferior del elemento c.
𝑆 =𝐼
𝑐 (7)
La siguiente figura muestra el diagrama de cuerpo libre del mástil, se debe rescatar
que las fuerzas halladas en este análisis nos servirán posteriormente para el
dimensionamiento de la base y los brazos inferiores.
Figura 32 Diagrama de cuerpo libre - Mástil
Realizamos sumatoria de fuerzas en el eje Y y X, de esta manera se hallan las
fuerzas resultantes FMy y FMx respectivamente, dichas fuerzas servirán para poder
analizar posteriormente también la base del mecanismo; además, se realiza una sumatoria
de momentos para hallar el momento 𝑀𝑀, el mismo que dado a que se encuentra en el
50
empotramiento representa el momento máximo y nos servirá para dimensionar el
elemento.
+→ ∑ 𝐹𝑥 = 0
−𝐹𝐴𝑥 − 𝐹𝑃𝑥 + 𝐹𝑀𝑥 = 0
𝐹𝑀𝑥 = 600.816𝑁
+↑ ∑ 𝐹𝑦 = 0
−𝐹𝑃𝑦 − 𝐹𝐴𝑦 + 𝐹𝑀𝑦 = 0
−2622.884𝑁 − 3800.08𝑁 + 𝐹𝑀𝑦 = 0
𝐹𝑀𝑦 = 6422.964𝑁
+↺ ∑ 𝑀𝑃 = 0
−𝐹𝐴𝑥 ∗ 𝑑1 − 𝐹𝐴𝑦 ∗ 𝑑2 + 𝑀𝑀 + 𝐹𝑀𝑥 ∗ 𝑑3 + 𝐹𝑀𝑦 ∗ 𝑑4 = 0
(−53643.86 − 1853299.02 + 𝑀𝑀 + 2468601.98 + 632899.57)𝑁𝑚𝑚 = 0
𝑀𝑀 = −1194558.69𝑁𝑚𝑚
↻ 𝑀𝑀 = 1194.56𝑁𝑚
Con este momento procedemos a calcular el módulo de sección mínimo
requerido para este elemento.
𝑆𝑚𝑖𝑛 =𝑀
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚
𝑆𝑚𝑖𝑛 =1194.56𝑁𝑚
160𝑀𝑃𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 = 7. 466𝑥10−6𝑚3 → 7.466𝑐𝑚3
Dimensionamiento de la Base
Los extremos de la base se encuentran sujetos mediante pasadores, esto provoca
que se produzca un doble empotramiento, además, el momento flector 𝑀𝑀 que se
encuentra presente en el mástil se convierte en un momento de torsión en la base, lo
dicho anteriormente se muestra en el siguiente diagrama de cuerpo libre.
51
Figura 33 Diagrama de cuerpo libre 3D – Base
El dimensionamiento de este elemento se hará mediante una comparación entre
el momento de torsión 𝑀𝑀 y el momento máximo producido en el plano x-y, con el
momento máximo del sistema se calcula el módulo de sección mínimo requerido.
Para el análisis estático de la base en el plano x-y, se debe tener en cuenta que
FB1 = FB2 debido a que la fuerza FMy se encuentra en el centro del sistema mostrado, y
que Ma=Mb y estos serán los momentos máximos en este plano; teniendo en cuenta lo
anterior se aplica fórmulas de resolución de vigas hiperestáticas con doble
empotramiento.
Figura 34 Diagrama de cuerpo libre x-y – Base
52
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 =𝐹𝑀𝑦 ∗ 𝐿
8 (8)[45]
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 =6422.964𝑁 ∗ 550𝑚𝑚
8
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 = 441578.78𝑁𝑚𝑚 ⟶ 441.579𝑁𝑚
Una vez que se halla el valor del momento máximo en el plano x-y, se realiza la
comparación con el momento de torsión, para de esta manera poder dimensionar el
elemento.
𝑀𝑀 > 𝑀𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 =𝑀𝑀
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 (9)
𝑆𝑚𝑖𝑛 =1194.56𝑁𝑚
160𝑀𝑃𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 = 7. 466𝑥10−6𝑚3 → 7.466𝑐𝑚3
Dimensionamiento del brazo inferior.
De la misma forma que la base, el brazo inferior también se ve afectado por
momentos de torsión y momentos de flexión, es importante acotar que el momento
flector 𝑀𝑎 y el momento de torsión 𝑀𝑀 de la base se convierten en momentos de
torsión y flexión respectivamente en el brazo inferior; esto se muestra en el siguiente
diagrama.
53
Figura 35 Diagrama de cuerpo libre 3D - Brazo Inferior
Se realiza el análisis estático del elemento en el plano x-y, de esta manera se hallan
las fuerzas de reacción, y mediante los diagramas de corte y momento se halla el
momento máximo presente.
Figura 36 Diagrama de cuerpo libre - Brazo inferior
Primero es necesario hallar el valor de las reacciones, por tanto se aplica la
relación de equilibrio de momentos con respecto a 𝐹𝑅𝐴2, posteriormente se calcula la
sumatoria de fuerzas con respecto al eje Y para hallar 𝐹𝑅𝐴1.
+↺ ∑ 𝑀𝑅𝐴2 = 0 (10)
𝐹𝑀𝑦
2(1𝑚) + 𝑀𝑀 − 𝐹𝑅𝐴1(1.228𝑚) = 0
3211.482𝑁(1𝑚) + 1194.56𝑁𝑚 − 𝐹𝑅𝐴1(1.228𝑚) = 0
𝐹𝑅𝐴1 =4406.042𝑁𝑚
1.228𝑚
𝐹𝑅𝐴1 = 3587.982𝑁
54
+↑ ∑ 𝐹𝑦 = 0
𝐹𝑅𝐴1 −𝐹𝑀𝑦
2− 𝐹𝑅𝐴2 = 0
𝐹𝑅𝐴2 = 3587.982𝑁 − 3211.482𝑁
𝐹𝑅𝐴2 = 376.5𝑁
Se grafica el diagrama de corte y momento para hallar la ecuación del momento
flector y el momento máximo existente.
Figura 37 Diagrama de corte y momento - Brazo inferior.
La ecuación del momento flector para valores comprendidos entre 0 ≤ x ≤
0.228m, quedaría de la siguiente manera.
M(x) = 3587.98x (11)
55
Y para valores comprendidos entre 0.228m ≤ x ≤ 1.228m se tiene la siguiente
ecuación.
M(x) = 376.5x − 462.342 (12)
Se compara el momento de torsión con el momento de flexión para encontrar el
momento máximo que permita hallar el módulo de sección mínimo requerido para
dimensionar el elemento.
𝑀𝐵𝑟𝑎𝐼𝑛𝑓 > 𝑀𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 =𝑀𝐵𝑟𝑎𝐼𝑛𝑓
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 (13)
𝑆𝑚𝑖𝑛 =818.06𝑁𝑚
160𝑀𝑃𝑎
𝑆𝑚𝑖𝑛 = 5.11𝑥10−6𝑚3 → 5.11𝑐𝑚3
Dimensionamiento de pasador A.
El pasador A, será el que se encargue de permitir la unión entre el brazo superior
y el actuador, y entre el mástil y el actuador; el diagrama de cuerpo libre de este elemento
se muestra en la siguiente figura.
Figura 38 Diagrama de cuerpo libre - Pasador A.
56
Para el dimensionamiento de este pasador y de todos los siguientes pasadores, se
utilizará la norma ASTM A307 (esfuerzo de fluencia 𝜎𝑦 = 414𝑀𝑃𝑎) ya que los
materiales disponibles en el medio cumplen con dicha norma, además, nuestro factor de
seguridad para los pasadores es de FS=8; se considera que el esfuerzo normal permisible
será igual al esfuerzo cortante permisible.
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 = 𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 (14)
Además se debe tener en cuenta que el esfuerzo permisible es la razón existente
entre una carga dada sobre un área, que en este caso para el pasador será el área de un
círculo.
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 =𝐹
𝜋 𝑟2 (15)
De esta manera el cálculo para el pasador del brazo superior será el siguiente.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝐹𝐴𝑦2
𝜋 𝑟2 (12)
51.75𝑀𝑃𝑎 =1900.08 𝑁
𝜋 𝑟2
𝑟 = √1900.08𝑁
51.75𝑀𝑃𝑎 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.00341 𝑚
𝑑 = 2 ∗ 𝑟 = 0.00684𝑚 → 6.9𝑚𝑚
Cálculo de pasador B.
El pasador B será aquel que se encargue de permitir la unión entre el mástil y el
brazo superior, la figura 37 presenta el diagrama de cuerpo libre de este pasador.
57
Figura 39 Diagrama de cuerpo libre - Pasador B.
Tomando en cuenta lo establecido en el punto anterior se aplica las fórmulas 10 y 11, así el cálculo se muestra de la siguiente manera.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝐹𝑃𝑦2
𝜋 𝑟2 (13)
51.75𝑀𝑃𝑎 =1311.442 𝑁
𝜋 𝑟2
𝑟 = √1311.442𝑁
51.75𝑀𝑃𝑎 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.00284 𝑚
𝑑 = 2 ∗ 𝑟 = 0.00568𝑚 → 5.69𝑚𝑚
Cálculo de pasador C.
Se aplica las fórmulas 10 y 11 para el cálculo del pasador C, el diagrama de cuerpo
libre de este elemento se muestra a continuación.
58
Figura 40 Diagrama de cuerpo libre - Pasador B.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝐹𝑀𝑥2
𝜋 𝑟2 (14)
51.75𝑀𝑃𝑎 =300.408 𝑁
𝜋 𝑟2
𝑟 = √300.408𝑁
51.75𝑀𝑃𝑎 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.00135 𝑚
𝑑 = 2 ∗ 𝑟 = 0.00271𝑚 → 2.71𝑚𝑚
Cálculo de pasador D.
El pasador D es el que soportará todo el peso vertical de la persona, es decir es
en donde se colocará la percha que ayuda a la sujeción del paciente.
59
Figura 41 Diagrama de cuerpo libre - Pasador D.
El dimensionamiento del pasador quedaría de la siguiente manera.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝑊2
𝜋 𝑟2 (15)
51.75𝑀𝑃𝑎 =1177.2 𝑁
𝜋 𝑟2
𝑟 = √1177.2𝑁
51.75𝑀𝑃𝑎 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.00269 𝑚
𝑑 = 2 ∗ 𝑟 = 0.00538𝑚 → 5.38𝑚𝑚
Dimensionamiento de elementos de soporte para pasador A.
Para el caso de los elementos que servirán de apoyo para los distintos pasadores,
se considera el área de un rectángulo, para esto se utiliza los diámetros calculados
anteriormente, por lo que es necesario encontrar el espesor con el cual se pueda
garantizar que los refuerzos colocados trabajen sin ningún problema. Para esta
consideración la fórmula del esfuerzo permisible quedaría de la siguiente forma.
𝜎𝑝𝑒𝑟𝑚 =𝐹
𝑑 ∗ 𝑒 (16)
El diagrama de cuerpo libre del elemento en cuestión se muestra en la figura 40.
60
Figura 42 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador A.
El desarrollo del cálculo para hallar el espesor de la platina se presenta a
continuación.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝐹𝐴𝑦2
𝑑 ∗ ℎ (17)
125𝑀𝑃𝑎 = 1900.08𝑁
𝑒 ∗ 3.9𝑚𝑚
𝑒 = 0.0039𝑚 → 3.9 𝑚𝑚
Dimensionamiento de elementos de soporte para el pasador B.
Figura 43 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador B.
61
De la misma manera, para el cálculo del espesor para el refuerzo del pasador B se
considera el uso del pasador B calculado anteriormente, de esta forma el cálculo se
muestra como sigue.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝐹𝑃𝑦2
𝑒 ∗ 𝑑 (18)
125𝑀𝑃𝑎 = 1311.442𝑁
𝑒 ∗ 3.23𝑚𝑚
𝑒 = 0.00324𝑚 → 3.24 𝑚𝑚
Dimensionamiento de elementos de refuerzo para pasador D.
Figura 44 Diagrama de cuerpo libre - Soporte para pasador D.
Para el cálculo del soporte para el pasador de la percha una vez más se considera
el peso de la persona, el mismo se muestra a continuación.
𝜏𝑝𝑒𝑟𝑚 =
𝑊2
𝑒 ∗ 𝑑 (19)
125𝑀𝑃𝑎 = 588.6𝑁
𝑒 ∗ 3.06 𝑚𝑚
𝑒 = 0.00153𝑚 → 1.53 𝑚𝑚
62
5.2.2 Deflexiones de los elementos.
El cálculo de las deflexiones se realiza con las ecuaciones de momento halladas
en pasos anteriores, es importante decir que se considerará un módulo de elasticidad para
el acero E=200GPa, además la inercia dependerá del material a utilizar.
Cálculo de deflexión del Brazo superior.
Según el módulo de sección hallado se puede considerar que para este elemento
se utiliza un tubo estructural cuadrado de 50mm x 50mm de espesor e=2mm con
módulo de sección de S=5.652cm3, la inercia de este elemento es I = 14.13cm4.
Las condiciones de frontera que se presentan son:
1) 𝑥 = 0.344𝑚, 𝑦(𝑥) = 0
2) 𝑥 = 0.895𝑚, 𝜃(𝑥) = 0
Integrando la ecuación del momento se encuentra la ecuación de la flecha.
𝐸𝐼θ(x) = ∫ 0.00142𝑥 − 783.09 𝑑𝑥
𝐸𝐼θ(x) = 710x10−6𝑥2 − 783.09𝑥 + 𝐶1 (20)
Cuando se reemplaza la segunda condición se determina primera constante C1
que modificará la ecuación de la flecha.
𝐸𝐼θ(0.895) = 710x10−6(0.895)2 − 783.09(0.895) + 𝐶1 = 0
𝐶1 = −568.727
Por lo tanto reemplazando C1 la ecuación se modifica como se muestra a
continuación.
𝐸𝐼θ(x) = 710x10−6𝑥2 − 783.09𝑥 − 568.727 (21)
Integrando la ecuación de la pendiente se encuentra la ecuación de la deflexión.
𝐸𝐼y(x) = ∫ 710x10−6𝑥2 − 783.09𝑥 − 568.727 𝑑𝑥
𝐸𝐼𝑦(𝑥) = 236.66x10−6𝑥3 − 391.545𝑥2 − 568.727𝑥 + 𝐶2
Para este caso EI = 28260 Pa m4, reemplazando en la ecuación anterior, la
deflexión se presenta de la siguiente forma.
𝑦(𝑥) = 8.374x10−9 𝑥3 − 13.855x10−3 𝑥2 − 20.124x10−3𝑥 + 𝐶2 (22)
63
Reemplazando la primera condición
𝑦(0.344) = 8.374x10−9 (0.344)3 − 13.855x10−3 (0.344)2 − 20.124x10−3(0.344) + 𝐶2
𝐶2 = 8.562x10−3
La ecuación de la deflexión queda de la siguiente manera:
𝑦(𝑥) = 8.374x10−9 𝑥3 − 13.855x10−3 𝑥2 − 20.124x10−3𝑥 + 8.562x10−3(23)
Para valores de x=0.895, se encuentra la deflexión máxima.
𝑦(0) = −0.00856 𝑚 → 8.5𝑚𝑚 ↓
Cálculo de deflexión de la base.
Figura 45 Esquema de deflexión - Base
La deflexión en la base se calcula a partir de tablas de resolución de vigas
hiperestáticas con doble empotramiento, la fórmula se muestra a continuación.
En este caso, se utilizará para el análisis un tubo estructural de 50mmx50mm,
e=3mm con EI=42400 𝑃𝑎 𝑚4
𝑦(𝑥) =−𝐹𝑀𝑦 ∗ 𝐿 ∗ 𝑥2
48 𝐸𝐼(3 −
4 ∗ 𝑥
𝐿) (24)[45][50]
𝑦(0.275) =−6422.964𝑁 ∗ 0.550𝑚 ∗ (0.275)2
48 ∗ 42400(3 −
4 ∗ 0.275
0.550)
𝑦(0.275) = −0.00013𝑚 → 0.13𝑚𝑚 ↓
64
Cálculo de deflexión del brazo inferior.
Figura 46 Esquema de deflexión - Brazo inferior.
Para el cálculo de la deflexión del brazo inferior, se considera de acuerdo al
módulo de sección hallado que se puede usar un tubo de acero estructural de
dimensiones 40mm x 40mm de espesor e=3mm, donde se tiene que la inercia de este
material es I = 5.1cm3, además, teniendo en cuenta que la deflexión máxima se da en
x=0.228m donde la pendiente de la curva elástica es cero, se tienen las siguientes
condiciones de frontera:
1) 𝑥 = 0.228, 𝜃(𝑥) = 0
2) 𝑥 = 0, 𝑦(𝑥) = 0
Integrando la ecuación del momento se encuentra la ecuación de la pendiente.
𝐸𝐼𝜃(𝑥) = ∫ 𝑀(𝑥) = ∫ 3587.98x 𝑑𝑥 (25)
De esa forma la ecuación de la pendiente se muestra como:
𝐸𝐼𝜃(𝑥) = 1793.99𝑥2 + 𝐶1 (26)
Para este caso EI = 20400 Pa m4, se reemplaza en la primera condición.
𝜃(𝑥) = 87.94x10−3𝑥2 + 𝐶1 = 0
𝜃(0.228) = 87.94x10−3(0.228)2 + 𝐶1 = 0
𝐶1 = −4.57x10−3
Para hallar la ecuación de la deflexión se debe integrar la ecuación de la pendiente, por consiguiente.
𝑦(𝑥) = ∫ 𝜃(𝑥) = ∫ 87.94x10−3𝑥2 − 4.57x10−3
𝑦(𝑥) = 29.313x10−3𝑥3 − 4.57x10−3𝑥 + 𝐶2 (27)
Reemplazando la segunda condición:
𝑦(0) = 29.313x10−3(0)3 − 4.57x10−3(0) + 𝐶2 = 0
𝐶2 = 0
65
𝑦(𝑥) = 29.313x10−3𝑥3 − 4.57x10−3𝑥 (28)
Para valores de x=0.228m se encuentra la deflexión máxima de este elemento.
𝑦(0.228) = 29.313x10−3(0.228)3 − 4.57x10−3(0.228)
𝑦 𝑚𝑎𝑥 = −694.53x10−6𝑚 → 0.694𝑚𝑚 ↓
5.2.3 Validación de la grúa mediante simulación en software 3D.
Se procede a simular la grúa sometida a los esfuerzos producidos por la carga del
paciente, estas simulaciones permite comparar los resultados analíticos y de esta manera
validar que el mecanismo se puede usar para la tarea a la que fue diseñado.
La figura 47 muestra los parámetros utilizados para el mallado de la grúa de
transferencia en el software de simulación.
Figura 47 Parámetros de mallado.
Simulación de deflexiones.
A continuación se presentan las deflexiones simuladas en Autodesk Inventor de
las partes que conforman la grúa de transferencia, se aprecia que el brazo superior es el
elemento que se ve más afectado, el mismo presenta una deflexión de 7.35 mm; hay que
tener en cuenta que el software presenta el desplazamiento máximo de 14.39 mm, y para
conocer la deflexión del brazo se deben restar al máximo los desplazamientos de la base y
el mástil que son 0.49 mm y 6.55 respectivamente.
66
Figura 48 Simulación de deflexiones.
Simulación de tensión de Von Mises.
La simulación de la tensión de Von Mises, que es proporcional a la energía de
distorsión, nos permite aplicar la teoría de fallo para identificar si el material cumple con
ser dúctil y garantiza que el mecanismo no va a fallar ante las cargas aplicadas.
67
Figura 49 Simulación de esfuerzos de Von Mises
La figura 50 muestra que el mecanismo tipo grúa no presenta esfuerzos de Von
Mises mayores al esfuerzo permisible que puedan poner en riesgo la estabilidad
estructural del mecanismo; el valor de esfuerzo de Von Mises máximo se encuentra en el
momento máximo del sistema que es en la unión entre la base y el mástil, para este caso
se puede observar que en esta zona actúan esfuerzos entre 133.1MPa y 177.4MPa, dando
un promedio de 155.25MPa, este último valor es menor al esfuerzo permisible de
160MPa.
68
Figura 50 Simulación de esfuerzos de Von Mises – Base y mástil.
5.2.4 Selección del actuador.
La acción de levantar a los pacientes a distintas alturas para que puedan realizar
sus labores de rehabilitación, hace que sea necesario seleccionar un actuador que cumpla
con ciertos requerimientos como seguridad, velocidad y desplazamiento máximo, además
de tener buena estética y de que pueda ser cómodo y de fácil manejo para el operador; la
condición más importante a cumplir es que el mismo debe mantener su posición fija
mientras no haya ninguna señal del operador de la grúa que indique que el mismo debe
cambiar de posición (en cualquier distancia de extensión del vástago), por otro lado, la
velocidad de desplazamiento debe ser constante y no debe ser brusca, de esta manera el
operador de la grúa puede evitar cualquier incidente con el paciente y detener
inmediatamente el ascenso o descenso del actuador según sea el caso.
Los datos a utilizar para poder seleccionar el actuador son obtenidos a partir del
análisis estático realizado en pasos anteriores y un análisis cinemático realizado en
ADAMS view, con los datos obtenidos se realiza una matriz de ponderación con algunos
tipos de actuadores en donde el que tiene mayor puntuación es el que se usa en el
dispositivo tipo grúa.
69
Análisis cinemático.
Se realiza el análisis cinemático en ADAMS view, con el mismo se obtienen los
siguientes resultados.
En la figura 51 se muestra la gráfica de la energía ejercida por el actuador para
poder levantar el peso de la persona.
Figura 51 Variación de energía del actuador vs Tiempo
De la gráfica anterior se puede observar que la energía máxima es de alrededor de
900000 N mm, si dividimos esta energía para el desplazamiento podremos encontrar la
fuerza máxima ejercida por el actuador, ésta fuerza comparada con la fuerza FA calculada
anteriormente serán la restricción de fuerza para seleccionar el actuador.
𝐹 =900000 𝑁𝑚𝑚
300𝑚𝑚= 3000𝑁 (27)
La velocidad del actuador también es un factor importante, por lo que la siguiente
gráfica corresponde a la velocidad empleada por el actuador a lo largo del tiempo,
llegando este valor máximo a 19.7 mm/s.
70
Figura 52 Velocidad vs Tiempo
Selección del actuador por matriz de ponderaciones.
Para la selección del actuador se toma en cuenta los siguientes parámetros:
a) Seguridad para el paciente
b) Desplazamiento del actuador
c) Velocidad de avance y retroceso
d) Estética
e) Disponibilidad en el medio
f) Comodidad para el operario
Las ponderaciones consideradas para este caso serán de 1 a 5, donde 1 representa
el menos recomendable y 5 la mejor opción. La siguiente tabla muestra los actuadores
considerados como sus ponderaciones con los parámetros mencionados.
71
Tabla 4 Matriz de ponderaciones para selección del actuador.
Parámetros Actuador
a b d d e f TOTAL
Actuador oleo hidráulico de botella 9008ª
3 3 3 3 4 3 19
Actuador oleo hidráulico Holmac HGC10S30
3 3 3 4 4 3 20
Actuador electromecánico FESTO EPCO
5 4 4 3 3 5 24
Actuador electromecánico LINAK LA44
5 5 5 5 2 5 27
Actuador electromecánico MMAC300
5 5 5 3 2 5 25
La matriz de ponderaciones nos indica que con el valor más alto de 27 puntos, el
actuador más adecuado es el de la marca LINAK modelo LA44, este actuador admite
una carga de hasta 12 kN y se mueve a una velocidad de hasta 8 mm/s, dichos valores
cumplen los requerimientos de carga y velocidad propuestos en el cálculo analítico y en la
simulación de ADAMS view.
5.2.5 Límite de estabilidad
Para poder probar que la grúa es estable es necesario calcular su centro de masa y
comprobar si el mismo se encuentra dentro de su base de sustentación, que en este caso
representa toda el área delimitada por los brazos inferiores de la grúa.
Centro de Masa.
El análisis de la ubicación del centro de masa se realiza en sus 3 posiciones más
críticas, la primera cuando el actuador se encuentra levantado en su totalidad, la segunda
cuando el actuador se ha extendido a la mitad y la última cuando el actuador se encuentra
totalmente retraído. El análisis cuando el actuador se encuentra totalmente extendido se
muestra a continuación.
72
Figura 53 Esquema de grúa con centro de masa - Primera posición.
Para hallar el centro de masa usamos las siguientes ecuaciones:
�̅� =∑ 𝑥𝑚
𝑀 (28)
�̅� =∑ 𝑦𝑚
𝑀 (29)
𝑧̅ =∑ 𝑧𝑚
𝑀 (30)
Donde:
�̅� = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑥
�̅� = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑦
𝑧̅ = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑧
𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
73
En la siguiente tabla se muestra un resumen de todos los valores.
Tabla 5 Centro de masa - Primera posición
x(mm) y(mm) z(mm) m(kg) xm(kgmm) ym(Kgmm) zm(Kgmm)
1 614 20 20 29595 18.171.330 591900 591900
2 614 20 525 29595 18.171.330 591900 15537375
3 253 25 275 1665 421.245 41625 457875
4 157 585,44 275 339663 53.327.091 198852306,7 93407325
5 720,92 1424,08 275 2110,66 1.521.617 3005748,693 580431,5
6 275,86 1286,89 275 2400,37 662.166 3089012,149 660101,75
7 234,49 1144,78 275 5 494.929 2416241,355 580431,5
8 332,91 796,22 275 5 799.107 1911222,601 660101,75
M=405039,03 ∑=92277616,07 ∑=206182197,5 ∑=111237758,2
Aplicando las ecuaciones 28, 29 y 30 respectivamente, se tiene:
�̅� =93568815 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039.03 𝑘𝑔= 227,82 𝑚𝑚
�̅� =210499956,5 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039.03 𝑘𝑔= 509,04 𝑚𝑚
𝑧̅ =112475542 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039.03 𝑘𝑔= 274,63 𝑚𝑚
El centro de masa del sistema se encuentra en las coordenadas (239.53, 721.01,
274.74) mm, este centro de gravedad se encuentra dentro de la base de sustentación de la
grúa por lo que se puede concluir que la misma es estable en la primera posición crítica.
El cálculo del centro de masa cuando la el actuador se encuentra extendido a la
mitad de su recorrido es el siguiente.
74
Tabla 6 Centro de masa - Segunda posición.
x(mm) y(mm) z(mm) m(kg) xm(kgmm) ym(Kgmm) zm(Kgmm)
1 614 20 20 29595 18.171.330 591900 591900
2 614 20 525 29595 18.171.330 591900 15537375
3 253 25 275 1665 421.245 41625 457875
4 157 585,44 275 339663 53.327.091 198852306,7 93407325
5 823,38 1191,78 275 2110,66 1.737.875 2515442,375 580431,5
6 349,61 1206,58 275 2400,37 839.193 2896238,435 660101,75
7 431,41 1099,27 275 5 2.157 5496,35 1375
8 317,98 831,86 275 5 1.590 4159,3 1375
M=405039.03 ∑=92671812 ∑=205499068.2 ∑=111237758
�̅� =92671812 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039,03 𝑘𝑔= 228,79 𝑚𝑚
�̅� =205499068.2 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039,03 𝑘𝑔= 507,35 𝑚𝑚
𝑧̅ =111237758 𝑘𝑔𝑚𝑚
112475542 𝑘𝑔= 274,63 𝑚𝑚
El centro de masa de la grúa cuando el vástago está en la mitad de su recorrido se
encuentra en el límite de estabilidad ya que se encuentra en el punto (228.79, 507.35,
274.63) mm.
75
Figura 54 Esquema de grúa con centro de masa - Segunda posición.
Por último, se comprueba que en la posición de la grúa con el vástago totalmente
retraído, el mecanismo mantenga su centro de masa dentro de los límites de estabilidad.
Tabla 7 Centro de masa - Tercera posición.
x(mm) y(mm) z(mm) m(kg) xm(kgmm) ym(Kgmm) zm(Kgmm)
1 614 20 20 29595 18.171.330 591900 591900
2 614 20 525 29595 18.171.330 591900 15537375
3 253 25 275 1665 421.245 41625 457875
4 157 585,44 275 339663 53.327.091 198852307 93407325
5 823,38 1191,78 275 2110,66 1.737.875 2515442,37 580431,5
6 349,61 1206,58 275 2400,37 839.193 2896238,43 660101,75
7 431,41 1099,27 275 5 910.560 2320185,22 580431,5
8 317,98 831,86 275 5 763.270 1996771,79 660101,75
M=405039,03 ∑=92641622,3 ∑=204968078,8 ∑=111237758,2
76
�̅� =92641622,3 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039,03 𝑘𝑔= 228.72 𝑚𝑚
�̅� =204968078,8 𝑘𝑔𝑚𝑚
405039,03 𝑘𝑔= 506,04 𝑚𝑚
𝑧̅ =111237758,2 𝑘𝑔𝑚𝑚
112475542 𝑘𝑔= 274,63 𝑚𝑚
El centro de masa de la grúa cuando el vástago retraído, se encuentra en la
ubicación (228.72, 506.04, 274.63) mm, el mismo se encuentra dentro del límite de
estabilidad de la grúa.
Figura 55 Esquema de grúa con centro de masa - Tercera posición.
77
5.3 Construcción de la grúa de transferencia.
El proceso de construcción se realiza en Talleres Avilés, ubicado en la ciudad de
Cuenca, primero se realiza los planos de la grúa de transferencia en Autodesk AutoCAD,
en los mismos se especifican dimensiones, tolerancias y acabados superficiales.
Para la construcción del dispositivo se utilizan técnicas de mecanizado con
arranque de viruta (CAV), entre ellas se encuentra taladrado y torneado; además existen
uniones soldadas por lo que las especificaciones de la soldadura se describen más
adelante.
Una vez se han mecanizado todos los elementos de la grúa, se pulen y pintan para
darle un acabado estéticamente agradable para los usuarios. Finalmente se ensamblan
todas sus partes.
Figura 56 Construcción de grúa de transferencia.
5.3.1 Proceso de construcción.
El siguiente diagrama de procesos se realiza identificando las partes de la grúa que
deberán ser elaboradas.
78
Figura 57 Diagrama de procesos para construcción de la grúa.
Cada componente se subdivide en otros, es por esta razón que se realiza un
diagrama de procesos para cada parte de la grúa de transferencia.
a. Base y mástil.
El conjunto de la base y el mástil se conforma por dichos elementos
independientes, una vez construidos se unen por medio de soldadura, además cuenta con
platinas en forma de “C” en el extremo superior del mástil y en ambos lados de la base,
aquí encajan los brazos superior e inferiores respectivamente; se construye un soporte
que se soldará en el mástil y se taladran 2 agujeros en donde se colocará la batería y el
controlador del actuador. En la figura 58 se presenta el diagrama de proceso de estos
elementos.
79
Figura 58 Diagrama de procesos para construcción de base y mástil.
b. Brazos inferiores.
Para construir el brazo inferior es necesario cortar un tubo cuadrado con las
dimensiones especificadas y taladrar un agujero pasante en donde se colocarán a presión
unos bujes, en estos se asentarán unos rodamientos que permitirán que la apertura y
cierre de los brazos inferiores sea suave, además se sueldan platinas en los extremos de
los tubos y en estas se taladran agujeros que servirán para posteriormente colocar las
ruedas de la grúa. El diagrama de este proceso se muestra a continuación.
80
Figura 59 Diagrama de procesos para construcción de brazos inferiores.
c. Brazo superior.
El brazo superior se construye a partir de un tubo cuadrado de dimensiones
50x50 mm y espesor e= 3mm, y se taladra dos agujero de diámetro 20mm uno en cada
extremo del brazo; se fabrica un par de bujes de bronce fosfórico que se introducen a
presión en los agujeros, por aquí se introducen los pasadores que unen el brazo superior
con el mástil y el arnés respectivamente, facilitando así el movimiento entre estos
elementos. Finalmente se fabrican las platinas que servirán como refuerzo para sujetar el
actuador y se sueldan a la estructura.
81
Figura 60 Diagrama de procesos para construcción de brazo superior.
d. Sistema de apertura y cierre de brazos inferiores.
El sistema de apertura y cierre se construye a partir de un buje que servirá de
pivote, a este irán soldadas un par de platinas que servirán como pedales que se deberán
pisar para poder abrir o cerrar los brazos inferiores; este último movimiento se obtiene a
partir de platinas cruzadas que actúan como palancas y que conectan el pedal con los
brazos. El diagrama de proceso para el sistema de apertura y cierre se muestra en la figura
61.
Figura 61 Diagrama de procesos para construcción de sistema de apertura y cierre.
82
Una vez se hayan construido todos los elementos se procede a lijar y pulir los
mismos para posteriormente pintar todo el mecanismo. Se ensamblan todas las partes y
se coloca el actuador con sus baterías y controlador; todo esto se realiza tratando de
evitar golpes o rayones para que la pintura no se estropee.
Figura 62 Ensamblaje de elementos de la grúa de transferencia.
Figura 63 Ensamblaje de actuador, baterías y controlador.
83
Figura 64 Grúa de transferencia terminada.
5.3.2 Análisis de precios unitarios.
Una vez que se ha completado la construcción de la grúa de transferencia se
realiza el análisis de precios unitarios (APU), este nos permitirá poder comparar el costo
final de la grúa con las que se encuentran en el mercado. El APU completo se presenta
en las siguientes tablas.
84
Tabla 8 APU - Brazos inferiores. PROYECTO: GRÚA DE TRANSFERENCIA PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
ÁNALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
NOMBRE DEL OFERENTE: Fundación OSSO
ITEM: 1
DESCRIPCION: Brazos inferiores
EQUIPO Y HERRAMIENTA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA HORA B
RENDIMIENTO HORAS/U C
COSTO TOTAL D=A*B*C
Herramienta menor (Taladro, brocas, llaves de boca, dados, entre otros)
3%MO 0,10
Soldadora 1 5,00 2 10,00
Cortadora 1 2,00 1 2,00
Torno 1 5,00 2 10,00
PARCIAL M 12,10
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD A
PRECIO/U COSTO TOTAL C=A*B
Tubo cuadrado de (40x40)mm e=3mm m 2,40 5 12,00
Platina 9mm m 1,00 3 3,00
Pernos M12 u 11,00 0,81 8,91
Tuercas M12 u 15,00 0,71 10,65
Electrodos 6011 kg 0,50 16,5 8,25
Electrodos 7018 kg 0,50 17,7 8,85
Ruedas con freno u 2,00 11,4 22,80
Ruedas sin freno u 2,00 8,37 16,74
Rodamientos u 4,00 3,5 14,00
Piedra de pulir u 1,00 3 3,00
Pintura l 1,00 50 50,00
PARCIAL N 158,20
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD A
TARIFA/U B
DISTANCIA C COSTO TOTAL D=A*B*C
Transporte hacia la fundación
u 1 5,00 1 5,00
PARCIAL O 5,00
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
S.R.H. B
RENDIMIENTO HORAS/U
COSTO TOTAL D=A*B*C
Ayudante mecánico 1 3,22 0,5 1,61
Soldador
1 3,67 0,5 1,84
PARCIAL P 3,45
TOTAL COSTOS DIRECTOS X = (M+N+O+P) 178,75
INDIRECTOS Y UTILIDAD 20,00% 35,75
COSTO TOTAL DEL RUBRO
VALOR PROPUESTO 214,50
85
Tabla 9 APU - Base y mástil. ÁNALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
NOMBRE DEL OFERENTE: Fundación OSSO
PROYECTO: GRÚA DE TRANSFERENCIA PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
ITEM: 2
DESCRIPCION: Base y mástil
EQUIPO Y HERRAMIENTA
DESCRIPCION
CANTIDAD A TARIFA HORA B
RENDIMIENTO HORAS/U C
COSTO TOTAL D=A*B*C
Herramienta menor (Taladro, brocas, llaves de boca, dados, entre otros)
3%MO 0,05
Soldadora 1 3,50 1 3,50
Cortadora 1 3,00 4 7,00
PARCIAL M 10,55
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD A
PRECI/U COSTO TOTAL C=A*B
Tubo cuadrado de (50x50)mm e=3mm m 1,70 6 10,20
Platinas m 1,00 4 4,00
Actuador electro mecánico u 1,00 163,02 163,02
Mando para el actuador u 1,00 57 57,00
Caja con baterías recargables u 1,00 100 100,00
Caja de control (incluye mando) u 1,00 158 158,00
Soportes u 2,00 4 8,00
Tubo redondo cedula 40 m 0,70 7 4,9
PARCIAL N 505,12
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD
CANTIDAD A
TARIFA/U B
DISTANCIA C COSTO TOTAL D=A*B*C
Importación España - Ecuador U 1 450,00 1 450,00
Transporte hacia la fundación U 1 5,00 1 5,00
PARCIAL O 455,00
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
S.R.H. B
RENDIMIENTO HORAS/U
COSTO TOTAL D=A*B*C
Ayudante mecánico
1 3,22 0,25 0,81
Soldador
1 3,22 0,25 0,81
PARCIAL P 1,61
TOTAL COSTOS DIRECTOS X = (M+N+O+P) 972,28
INDIRECTOS Y UTILIDAD 20,00% 194,46
COSTO TOTAL DEL RUBRO
VALOR PROPUESTO 1166,73
86
Tabla 10 APU - Brazo superior. ÁNALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
NOMBRE DEL OFERENTE: Fundación OSSO
PROYECTO: GRÚA DE TRANSFERENCIA PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
ITEM: 3
DESCRIPCION: Brazo Superior
EQUIPO Y HERRAMIENTA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
TARIFA HORA B
RENDIMIENTO HORAS/U C
COSTO TOTAL D=A*B*C
Herramienta menor (Taladro, brocas, llaves de boca, dados, entre otros)
3%MO 0,05
Cortadora 1 1,00 0,5 0,50
Dobladora 1 2,00 0,15 0,30
PARCIAL M $0,85
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD A
PRECI/U COSTO TOTAL C=A*B
Tubo cuadrado de (50x50)mm e=3mm m 1,00 6 6,00
Bujes de bronce m 0,12 3,5 0,42
Percha u 1,00 102 102,00
Arnés u 1,00 186,96 186,96
PARCIAL N $295,38
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD A
TARIFA/U B
DISTANCIA C COSTO TOTAL D=A*B*C
Importación España - Ecuador U 1 280,00 1 280,00
Transporte hacia la fundación U 1 5,00 1 5,00
PARCIAL O $285,00
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD A
S.R.H. B
RENDIMIENTO HORAS/U
COSTO TOTAL D=A*B*C
Ayudante mecánico 1 3,22 0,25 0,81
Soldador 1 3,22 0,25 0,81
PARCIAL P $1,61
TOTAL COSTOS DIRECTOS X = (M+N+O+P) 582,84
INDIRECTOS Y UTILIDAD 20,00% 116,57
COSTO TOTAL DEL RUBRO
VALOR PROPUESTO $699,41
87
Tabla 11 Análisis de costos totales.
ANÁLISIS DE COSTOS TOTALES PROYECTO: GRÚA DE TRANSFERENCIA PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
Fecha: 21/Enero/2019.
N° Descripción Unid. Cantidad P. Unitario
P. Total
1 Brazos inferiores U 1 $214,50 $214,50
2 Base y mástil U 1 $1166,73 $1166,73
3 Brazo Superior U 1 $699,41 $699,41
TOTAL $2080,64
Son: Dos mil ochenta dólares con 64 centavos.
Responsable: Mateo Astudillo Flores.
5.4 Pruebas de funcionamiento.
Las pruebas de funcionamiento se realizan previo a la implementación del
dispositivo, inicialmente se comprueba que el dispositivo pueda levantar la carga
necesaria por lo que se le somete a cargas de 80kgf y 90kgf. La grúa levanta sin
problemas los pesos propuestos y además el actuador alcanza distintas alturas y mantiene
su posición mientras no haya ninguna señal para que el mismo se mueva. El mecanismo
además de servir para la transferencia de pacientes puede ayudar a que ellos puedan
realizar labores de rehabilitación a distintas alturas.
Como segunda prueba, se empuja a la grúa sin carga en línea recta, se hace girar
90º a la derecha y 90º a la izquierda. La grúa se mueve suavemente ante estos
movimientos y sin inconvenientes.
En una tercera etapa se realiza una prueba combinando las 2 anteriores, es decir
se levanta una carga de 80kgf y 90kgf respectivamente y se comprueba que la grúa no
tenga inconvenientes en moverse en línea recta y pueda tomar giros. El mecanismo
supera las pruebas sin problema.
El último ensayo se realiza dentro de las instalaciones de la fundación OSSO, en
donde se verifica que la grúa pueda moverse a pesar de las restricciones arquitectónicas,
ingresar a las habitaciones y alcanzar los puntos propuestos, además, puede levantar sin
problemas a los pacientes y ubicarlos en distintas alturas.
88
Figura 65 Prueba de funcionamiento con pacientes, Fundación OSSO [7].
5.5 Implementación.
La entrega e implementación de la grúa de transferencia en la Fundación OSSO
se realiza con autoridades de la ciudad y de la Universidad Politécnica Salesiana así como
de miembros del Grupo de Investigación en Ingeniería Biomédica. De esta manera
concluye el proyecto de diseño, construcción e implementación de una grúa de
transferencia para pacientes y que les permita alcanzar distintas alturas para sus
actividades de rehabilitación.
Figura 66 Entrega de la grúa de transferencia en la fundación OSSO.
89
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
El estudio de campo y las encuestas realizadas evidencian que existe probabilidad
de accidentes para los pacientes y que las personas encargadas de su traslado sufren de
molestias físicas ocasionadas por el proceso de manipulación manual de los
discapacitados, por lo que se determina que una grúa de transferencia puede reducir el
riesgo laboral.
El uso de software nos permite garantizar que el mecanismo puede cumplir con
las restricciones de movimiento y que puede ser usado dentro de las instalaciones de la
fundación, además de que puede levantar sin inconvenientes el paso máximo de los
pacientes que se encuentran dentro de ella.
En cuanto al diseño del mecanismo se tiene:
El módulo de sección S del brazo superior se calcula en S= 4.89cm3, sin
embargo se utiliza un tubo cuadrado de S=5.652cm3, el mismo que tiene dimensiones de
50mmx50mm y espesor 2mm; al utilizar un elemento de mayor módulo de sección
garantizamos que el mismo no va a fallar ante la carga máxima de diseño.
Para la base y el mástil, se calcula un módulo de sección mínimo requerido de
S=7.466cm3, y se utiliza un tubo de 50mmx50mm y espesor de 3mm con módulo de
sección S=8.48cm3, esto nos permite estandarizar el uso de un mismo material para
estos elementos, además se asegura que el elemento no va a fallar.
Las bases inferiores se construyen con un tubo cuadrado de 40x40 mm, espesor
de 3 mm y módulo de sección S=5.1cm3, estas dimensiones son normalizadas
comercialmente y se pueden utilizar para la construcción de este elemento.
El diámetro del pasador A se calcula en 6.9mm, sin embargo el actuador elegido
presenta un agujero de diámetro 10mm en el extremo superior y un agujero de diámetro
12mm en el extremo inferior, por lo que se usa como pasador un perno DIN 931 M10
para la unión entre el actuador y el brazo superior; y para la unión entre el mástil y el
actuador se utiliza un perno DIN 931 M12, ambos pasadores garantizan que el sistema
no va a fallar.
Para el pasador B se calcula un diámetro de 5.69mm, sin embargo, en este caso se
utiliza un perno DIN 931 M12 para estandarizar el uso de este material con el resto de la
grúa.
90
El pasador que permite la unión entre la base y los brazos inferiores se calcula
que debe tener un diámetro mínimo de 2.71mm, de la misma manera se usan pernos
DIN 931 M12, al usar diámetros mayores se garantiza que en esta zona no va a fallar la
unión.
Para el pasador D que permite colocar la percha en donde se ubicará el paciente,
se calcula un diámetro de 5.38mm, sin embargo se usa un pasador DIN 931 M12 con el
propósito de estandarizar el elemento.
Los elementos de soporte A, B y D se calculan en un espesor de 3.9mm, 3.24mm,
y 1.53mm respectivamente; para poder estandarizar el uso de un mismo elemento, se
aprovecha una sola platina de 50mm de ancho y espesor de 6mm.
La deflexión máxima que se calcula para el brazo superior es de 8.5mm mientras
que la máxima simulada es de 7.35mm, de esta manera decimos que la deflexión se
encuentra en la zona de plasticidad del material, lo que no representa un riesgo para la
grúa.
Por su parte, la deflexión calculada en la base es de 0.13mm y la simulada es de
0.49mm, lo que no representa un riesgo de fallo por flexión bajo la carga máxima de
diseño.
La simulación de Von Mises nos indica que los materiales no tienen riesgo de
sufrir fallo ya que el esfuerzo máximo promedio simulado es de 155MP, el mismo que es
menor al esfuerzo permisible de diseño, por lo que se valida que los materiales
seleccionados pueden cumplir con la tarea para la que se han diseñado, además garantiza
que el dispositivo funcionará sin problemas.
El cálculo analítico de la fuerza que debe ejercer el actuador es de 3.8kN,
mientras que el análisis cinemático en ADAMS view nos indica que será de 3kN, además
muestra que el actuador debería desplazarse a una velocidad máxima de 19 mm/s; se
selecciona el actuador LINAK LA44 que puede ejercer una fuerza de 12kN por lo que
no tiene problemas en levantar ni bajar al paciente, además se desplaza a una velocidad
de hasta 8 mm/s, se valida que el actuador elegido es el adecuado.
El actuador seleccionado también presenta buenas características de seguridad ya
que puede mantener su posición ante cualquier falla del sistema debido a su sistema auto
bloqueante de sin fin y corona, además, tiene buena presencia estética y su
91
desplazamiento máximo permite alcanzar las alturas requeridas, esto ratifica que el
actuador es el correcto.
Se calcula el centro de masa de la grúa en las 3 posiciones más críticas: cuando el
vástago del actuador se encuentra totalmente extendido, a mitad de su recorrido y cuando
se encuentra totalmente retraído; en todos los casos el centro de masa se encuentra
dentro del límite de estabilidad por lo que se concluye que el dispositivo es estable y no
se volcará en ninguna de sus posiciones.
El análisis de precios unitarios indica que la grúa tiene un precio total de
$2080,64, este valor se encuentra entre los precios de grúas disponibles en el mercado.
92
7. CONCLUSIONES.
Por medio de observación y encuestas se pudo identificar la situación actual de la
edificación de la fundación OSSO y los procesos actuales con los que se realiza la
manipulación manual de pacientes, y se determina que es necesario una solución
urgente para mejorar la MMP en la institución; por otro lado se pudo analizar los
diferentes tipos de dispositivos existentes y se llega a la conclusión que el más
óptimo es una grúa de transferencia ya que la misma puede ayudar a la
movilización de pacientes de un lugar a otro y alcanzar distintas alturas que
permitan sus actividades de rehabilitación.
Considerando las restricciones arquitectónicas del lugar, las condiciones de los
pacientes y con ayuda de software de ingeniería, se pudo determinar los
parámetros de diseño de una grúa de transferencia, así como los materiales
adecuados para poder conseguir un mecanismo ligero, ergonómico, seguro y
capaz de levantar un peso máximo de 120 kgf.
Se realizó la construcción de una grúa de transferencia, utilizando los procesos de
manufactura y materiales disponibles en el mercado local, la misma que hace
posible el traslado de pacientes de un lugar a otro y que puede ayudarlos a
alcanzar distintas alturas para sus actividades de rehabilitación, garantizando su
seguridad y la de las personas encargadas de su cuidado.
El análisis de precios unitarios permite comprobar que el precio de la grúa de
transferencia resulta ser más barata que las disponibles en el mercado local y
similar a las del mercado internacional, sin embargo, hay que considerar que el
precio de producción de una sola unidad no se compara con los precios de
producción en serie ya que muchos rubros como los de importación se ven
drásticamente disminuidos.
93
8. RECOMENDACIONES
Para evitar retrasos e inconvenientes, tener en cuenta los tiempos de envío y las
condiciones de importación desde un país a otro, esto dependerá de cada uno de
los elementos, específicamente de su material, composición y peso.
Revisar cuidadosamente todas las discapacidades y afecciones de los pacientes,
puede ser necesario el uso de arneses distintos dependiendo de las mismas.
9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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ANEXOS
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ANEXO I. Esfuerzo de fluencia y esfuerzo último de algúnos aceros.
ANEXO II. Especificaciones - Tubo estructural cuadrado DIPAC.
99
ANEXO III. Especificaciones – Perfiles laminados platinas DIPAC.
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ANEXO IV. Especificaciones – Actuador LINAK LA 44.
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ANEXO V. LISTADO DE NIÑOS Y DIAGNÒSTICOS.
PROYECTO “Los Pequeñitos de OSSO”
NIÑOS, NIÑAS, ADOLESCENTES
y PCD
EDAD PESO TALLA
TIPO DE DISCAPACIDAD
PORCENTAJE DE
DISCAPACIDAD
GRADO DE DISCAPACIDAD
CASA ALEGRÍA
1 6 años 18.8 kg 1.04 cm Psicosocial. 72% Grave. Dependencia leve.
2 10 años 10 meses 28.5 kg 1.16 cm Intelectual. 81% Muy Grave. Dependencia Leve
3 10 años 2 meses 17.7 kg 1.21 cm Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
4 17 años 50.0 kg 1.45 cm Física. 90% Grave. Total Dependencia.
5 17 años 2 meses 37.7 kg 1.42 cm Física. 90% Muy Grave. Total Dependencia.
6 17 años 5 meses 48.9 kg 1.31 cm Física. 85% Muy Grave. Total Dependencia.
7 16 años 4 meses 20.5 kg 1.15 cm Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
8 28 años 36.6 kg 1.31 cm Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
9 5 años 9 meses 18.1 kg 1.09 cm Física. 81% Muy Grave. Total Dependencia.
10 11 años 21.1 kg 1.19 cm Intelectual. 84% Muy Grave. Total Dependencia.
CASA ESPERANZA – MILAGROS 1 21 años 9 meses 44.2 kg 1.39 cm Física. 90% Muy Grave. Depend. Moderada
2 19 años 2 meses 38.6 kg 1.47 cm Física. 85% Muy Grave. Total Dependencia.
3 17 años 4 meses 46.9 kg 1.31 cm Física. 90% Muy Grave. Total Dependencia.
4. 21 años 9 meses 23.0 kg 1.23 cm Física. 95% Muy Grave. Total Dependencia.
5 22 años 2 meses 25.1kg 1.47 cm Intelectual 95% Muy Grave. Total Dependencia.
6 19 años 6 meses 45.9 kg 1.45 cm Física. 75% Muy Grave. Depend. Moderada
7 22 años 74.5 kg 1.80 cm Psicosocial 85% Muy Grave. Dependencia Grave.
8 25 años 9 meses 47.7 kg 1.39 cm Física. 85% Muy Grave. Dependencia Grave.
9 17 años 6 meses 52.6 kg 1.42 cm Física. 75% Muy Grave. Dependencia Leve
10 10 años 34.5 kg 1.30 cm Intelectual 60% Grave. Total Independencia
11 9 años 4 meses 24.5 kg 1.23 cm Intelectual 84% Muy Grave. Total Dependencia.
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DIAGNÓSTICO MEDICOS DE LOS NNA Y PCD.
CASA ALEGRÍA
PACIENTE DIAGNÓSTICOS
1 Trastorno del Espectro Autista Leve. Retraso global severo del Neurodesarrollo. Desnutrición crónica con Microcefalia relativa. Cofosis Oído derecho y Hipoacusia severa Izquierda (mantienen el uso de audífonos).
2 Hipotiroidismo Congénito. Desnutrición Crónica. Talla baja. Estrabismo divergente. Astigmatismo. Hipoacusia Neurosensorial Bilateral: Oído Derecho Leve, Oído Izquierdo Moderado (mantiene uso de Audífonos). Retraso mental moderado.
3 Parálisis Cerebral Infantil. Tetraparesia Espástica a predominio de miembros inferiores. Retardo Mental Severo. Desnutrición Crónica. Agenesia de cuerpo calloso. Escoliosis secundaria. Gastrotomisado. Epilepsia Focal. Neumopatía por aspiración.
4 Parálisis Cerebral. Hemi megacencefalia. Hemiplejia Espástica. Epilepsia Focal Sintomática de difícil control motor.
5 Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Retardo Mental Severo. Epilepsia mixta estructural. Trastorno de Conducta.
6 Esclerosis Tuberosa con compromiso en el SNC que asocia Tubers Corticales, Nódulos Subependimarios, Calcificaciones múltiples, Hamartomas a nivel facial. Tetraparesia Espástica. Epilepsia focal estructural en remisión. Retraso mental severo.
7 Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Microcefalia. Encefalopatía crónica no evolutiva que asocia Retardo mental severo; Epilepsia focal sintomática. Hidrocefalia con válvula derivativa ventrículo peritoneal. Retraso mental no cuantificado. Gastrotomisado.
8 Parálisis cerebral espástica. Retraso mental no cuantificado. Diplejía
9 Parálisis Cerebral Espástica. Epilepsia. Retraso global severo del neurodesarrollo. Luxación de cadera Izquierda.
10 Parálisis Cerebral Espástica. Epilepsia mixta sintomática. Trastorno del desarrollo cortical. Retraso mental severo. Gastrotomisado. Luxación de caderas.
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CASA ESPERANZA - MILAGROS
1 Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Microencefalia. Síndrome dismórfico. Síndrome alcohólico fetal. Retraso mental no cuantificado.
2 Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Hipoplasia de Cuerpo Calloso. Esquizencefalia de Labios Abiertos y Linsencefalia. Microcefalia. Trastorno de conducta, Retraso mental no cuantificado.
3 Trastorno del Espectro Autismo severo. Retraso Mental Profundo. Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Catarata Congénita, Nistagmus Pendular, Atrofia Óptica Bilateral, debido a infecciones prenatales del espectro Torch y Epilepsia. Microcefalia. Trastorno de conducta.
4 Parálisis Cerebral. Tetraparesia Espástica. Retraso Mental Profundo. Microcefalia. Mala Conducta Visual de etiología a seguir. Escoliosis secundaria. Gastrotomizada. Epilepsia generalizada estructural.
5 Parálisis cerebral, Tetraparesia espástica; Microcefalia; Retardo mental no cuantificado; Rotoescoliosis dorsal derecha y lumbar izquierda; Hidrocefalia más válvula derivativa ventrículo peritoneal (V-P); Gastrotomizado. Oxigeno dependiente. Neumopatía por aspiración. Rinitis crónica, Macroglosia, Síndrome de Apnea Obstructiva (SAOS).
6 Parálisis Cerebral Extrapiramidal espástica; Microcefalia. Retraso mental no cuantificado, Vicio de refracción.
7 Trastorno Autista Severo; Retraso mental no cuantificado, Epilepsia focal sintomática.
8 Parálisis Cerebral Extrapiramidal; Retraso Mental no cuantificado; Epilepsia focal sintomática bajo tratamiento. Trastorno de la conducta, Trastorno de la deglución.
9 Parálisis Cerebral Espástica a predominio de Hemicuerpo derecho, secundaria a Esquizencefalia a Labios abiertos; Quemadura deformante de mano derecha. Enfermedad de Little, Retraso mental no cuantificado.
10 Encefalopatía crónica no evolutiva secundaria a Esquizencefalia a labios cerrados temporal derecha, (con características de un Trastorno del Espectro Autista Leve secundario a su patología de origen neurológico). Hipoplasia de cuerpo calloso, displasia cortical bifrontal, retraso madurativo especialmente en lenguaje expresivo.
11 Parálisis Cerebral Espastica, Microcefalia. Hipotiroidismo. Epilepsia Mixta estructural. Luxación bilateral de cadera, Retraso mental profundo. Neumopatía por aspiración. Rinitis crónica.
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ANEXO VI. Planos.
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